Спосіб та пристрій для очищення стічних вод

1. Спосіб очищення стічних вод, що передбачає їх біологічне очищення шляхом подачі їх до біореактора, утворення в ньому потоків з турбулентним рухом, перемішування цих потоків з назустріч поданим повітрям, створюючи при цьому масообмінну суміш рідина-повітря-мул, в якій проходить масове окислення органічних речовин і випадання осадів, підігрів цих осадів, який відрізняється тим, що перед подачею стічних вод у біореактор в них подрібнюють крупні частинки, стічні C2 2 (19) 1 3 ції й вбудованим у внутрішню порожнину аеротенка-прояснювача. Біореактор являє собою порожній циліндр, у середині якого розташовані ярусами похилі поверхні у вигляді чашок з порожнім дном і конусів. Трубопровід подачі стоків розташований безпосередньо в біореакторі, у його верхній частині, а пристрій подачі стиснутого повітря - у його нижній частині. Пристрій виконано у вигляді патрубка з наконечником з керамічних пористих матеріалів. Злив стоків у біореактор, як правило, відбувається з розривом струменя. Камера прояснення має автономне джерело подачі повітря, розташоване у нижній її частині Біореактор містить механізм очищення похилих поверхонь від осаду, що нашаровується з часом, а сам аеротенкпрояснювач заглиблений у землю таким чином, що трубопровід подачі стічних воду нього розташований нижче зливного колектора. Спосіб, що реалізований в цьому пристрої, полягає в тому, що стоки, які попадають до біореактора, завдяки його конструкції, утворюють потоки з різними швидкостями, тобто турбулентний рух, перемішуються з зустрічним повітрям, створюючи хорошу для масообміну суміш рідина-повітря-мул. В результаті всього цього проходить масообмін проаерованої муловодяної суміші, масове окислення органічних речовин і випадіння осадків вниз. Для повноти окислення органічних речовин необхідно подовжувати аерацію до 10-12 годин, що знижує виробничу потужність пристрою. Крім того, недоліком вказаного винаходу є й те, що відсутній механізм синхронізації подачі кисню повітря в стоки в залежності від концентрації і швидкості руху муло-водної маси усередині біореактора. Це приводить до утворення повітряних просторів під конусами й у порожнинах між стінками чашечок і біореактора, що зменшує робочий обсяг біореактора, а також створює шкідливе фізичне навантаження на окремі деталі і вузли. Відомий також пристрій для очищення стічних вод (див. UA76173, опубл. 17.07.2006, бюл.№7) складається з усереднювача, біореактора, аеротенка-прояснювача, фільтра і камер знезараження проясненої води і мулових осадів. Біореактор, основний вузол, який забезпечує остаточну аерацію стоків, являє собою порожнистий циліндр з внутрішніми почерговими похилими площинами чашок без дна і конусів, у верхній частині яких просвердлені отвори, що створюють направлений рух стислого повітря, яке нагнітається в зустрічний потік рідини. Біореактор встановлено на ніжках усередині аеротенка-прояснювача. Останній є циліндровою місткістю із знімною кришкою і технологічними трубопроводами. Спосіб, що реалізований в цьому пристрої, також полягає в тому, що стоки, які попадають до біореактора, завдяки його конструкції, утворюють потоки з різними швидкостями, тобто турбулентний рух, перемішуються з зустрічним повітрям, створюючи хорошу для масообміну суміш рідинаповітря-мул. В результаті всього цього проходить масообмін проаерованої муловодяної суміші, масове окислення органічних речовин і випадіння осадків вниз. 88478 4 Цей пристрій для очищення стічних вод є найбільш наближеним до пропонованого і вибраний як прототип. Але він має недоліки, а саме: - відсутній механізм збереження активного мулу для раціонального використання його як активатора аерації свіжих стоків; - відсутній механізм збереження мікроорганізмів у випадках короткочасного (7-10 днів) і тривалого (до одного місяця) припинення подачі стоків на пристрій; - в пристроях потужністю до 100м3 на добу, де за нормативними даними не потрібно відокремлювати пісок, відсутній також механізм подрібнення крупних частинок, що знаходяться в стоках. Це може привести до засмічення трубопроводів, особливо в місцях врізання запірної арматури, до аварійної зупинки пристрою в цілому; - відсутній механізм часткової аерації стоків до надходження їх в біореактор, що знижує продуктивність пристрою і якість очищення; - конструкція жорсткого кріплення ніжок біореактора до корпусу штучно збільшує його висоту і тим самим обмежує область застосування пристрою при обмежених висотах приміщення - відсутня система комплексноїмеханізації технологічних процесів і автоматичного управління пристроєм в цілому. Запропонованим винаходом передбачається усунути вказані вище недоліки шляхом створення досконалішої технології очищення стоків з повною механізацією процесів і автоматизацією управління пристроєм. Поставлена задача вирішується способом очищення стічних вод, який передбачає їх біологічне очищення шляхом подачі їх до біореактора, утворення в ньому потоків з турбулентним рухом, перемішування цих потоків з назустріч поданим повітрям, створюючи при цьому масообмінну суміш рідина-повітря-мул, в якій проходить масове окислення органічних речовин і випадіння осадків, при цьому перед подачею стічних вод в біореактор в них подрібнюють крупні частинки, стічні води додатково перемішують з активним мулом та за визначений період часу збагачують утворену суміш киснем і продовжують таке збагачення киснем утвореної суміші до усереднення концентрації органічних речовин, а осадки, що утворились після проходження біореактора, періодично знезаражують від різних хвороботворних мікробів нагрівом і розмивом чистою водою і видаляють. Пристрій, що реалізує вказаний спосіб, що містить усереднювач та аеротенк-прояснювач, виконаний у вигляді циліндричної ємності з днищем, в яку вбудовано біореактор, що встановлений на окремому стільці і оснащений автономним джерелом подання повітря, електронагрівач осадків, при цьому усереднювач виконаний окремо і розташований над аеротенком-прояснювачем і з'єднаний з біореактором через кран-дозатор, містить окремо виконаний піддон, розташований під аеротенкомпрояснювачем і з'єднаний з ним краном подачі чистої води, при цьому в піддоні розташований насос-подрібнювач, з'єднаний через кран рециркуляції стоків з встановленим в піддоні аератором та через кран нагнітання підготовлених стоків з усе 5 реднювачем, що має автономне джерело подання повітря, трубопровід подачі стічних вод з'єднаний безпосередньо з піддоном, а електронагрівач осадків містить розпилювач чистої води, з'єднаний через кран з джерелом чистої води. Винахід пояснюється кресленням, що додається. На фігурі зображено пропонуємий пристрій. Він містить: 1 - трубопровід подачі стічних вод 2 - піддон 3 - насос-подрібнювач 4 - кран рециркуляції стоків: піддон - насосподрібнювач - аератор - піддон 5 - кран нагнітання підготовлених стоків до усереднювача 6 - кран видалення мулових мас 7 - аератор 8 - усереднювач 9 - кран-дозатор подачі стоків до біореактора 10 - лінія переливу рідини з усереднювача до біореактора 11 - біореактор 12 - аеротенк-прояснювач 13 - муловий осад 14 - фільтр 15 - контактний резервуар 16 - бак із гіпохлоритом натрія 17 - дозатор 18 - лінія подачі гіпохлориту натрія 19 - мікрокомпресори подачі повітря до біореактора 20 - мікрокомпресори подачі повітря до усереднювала 21 - повітропровід 22 - бак нагрівач-проціджувач 23 - електронагрівач 24 - кран-дозатор зливу осаду та подачі свіжої води в бак нагрівач-проціджувач 25 - кран зливу води під час примивки фільтра 26 - кран подачі свіжої води в контактний резервуар 27 - кран подачі свіжої води в бак нагрівачпроціджувач 28 - кран зливу очищеної рідини в зовнішній приймальний лоток 29 - кран зливу проясненої води з аеротенку до фільтра 30 - приймальний лоток 31 - датчик рівня мулових осадів у нагрівачу 32 - чашечка 33 - конус 34 - кільцевий приймальний лоток 35 - розпилювач свіжої води 36 - скидний програмно регульований кран Технологія біологічного очищення стоків полягає в наступному. Стоки потрапляють в піддон, куди також зливається зворотний активний мул. Коли вони нагромаджуються до певного рівня, автоматично включається насос-подрібнювач. Певний час насос-подрібнювач працює за системою рециркуляції рідини через аератор і одночасно розмелює крупні частинки, які попадають в каналізацію. Стоки з активним мулом збагачуються киснем і перемішуються, тим самим в ньому починається аерація. Потім відбувається автоматичне 88478 6 перемикання системи на подачу підготовлених стоків в усереднювач, де проходить процес вирівнювання концентрації органічних речовин в стоках. Усереднювач одночасно є і накопичувачем стоків і агрегатом продовження аерації за рахунок кисню, що нагнітається компресором. Таким чином, стоки поступають в біореактор попередньо підготовлені, окислені на 20-25%. Одночасно знизу біореактора спеціальними розпилювачами нагнітається стисле повітря. Рідина рухається зверху вниз по лабіринтах чашок і конусів біореактора, постійно насичується повітрям, що рухається назустріч, особливо на вершинах конусів і чашок, де рідина і повітря розвивають максимальну швидкість. В порожнині біореактора відбувається активне перемішування трьох компонентів - стоків, мулу та повітря в результаті різкої зміни швидкості і напряму їх руху. Отже, відбувається швидке розмноження мікроорганізмів і окислення органічних речовин. При виході з біореактора важкі частинки, окислені і частково збовтані частинки, випадають в осад і нагромаджуються в баку нагрівачі - проціджувачі. Там муловий осад піддається додатковому осадженню - проціджуванню, а рідка частина (активний мул) з достатнім змістом мікроорганізмів зливається в піддон. Потім муловий осад періодично знезаражується методом нагріву і видаляється гідророзмивом. Рідина після біореактора поволі підіймається вгору по камері прояснення, утвореній вертикальними стінками біореактора і аеротенка-прояснювача. Практично повністю очищена прояснена вода переливається через грань лотка аеротенка-прояснювача і зливається в донну частину фільтру. Потім вона підіймається вгору через пори фільтруючих матеріалів. Відфільтрована вода із змістом по БПК і завислих частинок 3-5мг/літр надходить в контактний резервуар. Тут рідина контактує з гіпохлоритом натрію або іншими знезаражуючими речовинами, а потім використовується для господарських потреб. За відсутності такої потреби зливається в будь-яке водоймище. Повне і якісне біологічне очищення стоків відбувається в біореакторі. За рахунок його конструктивних особливостей стоки, що містять значну кількість органічних речовин, наперед підготовлені, а саме: подрібнені, змішані з активним мулом і киснем, усереднені по концентрації органічних речовин, протікають рівномірно протягом доби через біореактор по лабіринтах, утворених похилими площинами чашок без дна і конусів, створюючи на кожному рівні його порожнини вихрові турбулентні потоки, що сприяють якісному перемішуванню мулових частинок з органічними речовинами, при достатній кількості кисню, який нагнітається з його нижньої частини. За цих сприятливих умов у всіх порожнинах біореактора швидко розмножуються мікроорганізми, які своєю активною життєдіяльністю забезпечують ефективне окислення органічних речовин, що знаходяться в стоках. Конструктивно біореактор вирішений гранично просто. Він є порожнистим циліндром з поярусно підвішеними чашками без дна та конусами (не виключається і варіант підвіски їх на спеціальні 7 стійки), кількість ярусів останніх, діаметр і висота біореактора визначають його продуктивність. Встановлюється біореактор на спеціальний стілець, а останній - на дно аератора-прояснювача. Повітря нагнітається знизу двома потоками по центру і колу через пористі розпилювачі. Біологічно очищені стоки зливаються з біореактора в аеротенк-прояснювач, що являє собою ємність з переливним лотком у верхній частині і зливним трубопроводом на дні. При цьому мулова маса осідає, згущується і по зливному трубопроводу стікає в бак нагрівач-проціджувач, а рідина піднімається наверх по камері прояснення, утвореній вертикальними стінками (стінкою) біореакторів (біореактора) і аеротенка-прояснювача. Рухаючись вгору з малою (розрахунковою) швидкістю, рідина прояснюється і до моменту переливу в лоток є біологічно очищеною водою по БГЖ=35мг/літр, але ще недостатньо звільненою від збовтаних частинок, тому фільтрується до показника 35мг/літр частинок, а потім знезаражується в хлорному середовищі і використовується для технічних потреб. За відсутності такої потреби зливається в будь-яке водоймище. Мулова маса в баку нагрівачі-проціджувачі осідає, ущільнюється, а рідка частина (активний мул) зливається в піддон і ущільнена мулова маса там же в баку нагрівачіпроціджувачі, встановленому в піддоні, періодично знезаражується від різних хвороботворних мікробів методом нагріву, потім розмивається і скидається в призначене місце для подальшого використання. В піддоні окрім вказаного вище технологічного процесу проводяться ще прийом стоків, збагачення їх активним мулом і киснем, подрібнення крупних частинок у рециркуляційному потоці через аератор і циклічне перекачування в усереднювач. Таким чином, процес аерації стоків починається з моменту надходження їх у пристрій. В усереднювачі відбувається вирівнювання концентрації органічних речовин в стоках, що надходять за певний період часу впродовж доби, і продовження аерації за рахунок повітря, що нагнітається, та перемішування тисками рідини і повітря. Пристрій призначений для повного біологічного очищення та знезараження стічних вод при об'ємах викиду від 0,5м3 на добу і вище. Особливо доцільне його застосування в індивідуальних будинках, дачних селищах, котеджах, кафе, ресторанах і інших об'єктах, розташованих в позаміській зоні. Пристрій працює наступним чином. По каналізаційному стояку 1 стоки надходять в піддон 2. Туди ж з бака нагрівача-проціджувача 22 надходить активний мул. Після досягнення певного рівня стоків в піддоні автоматично включається насос-подрібнювач 3, компресори 19 і 20, таймер №1, що знаходиться на щиті управління, і відкривається кран 4. Технологічна схема працює в режимі рециркуляції стоків: піддон - насосподрібнювач - аератор - піддон. Стоки збагачуються активним мулом, киснем, крупні частинки, що знаходяться в них, піддаються подрібненню. По закінченні певного часу таймер №1 зупиняється, що є сигналом для закриття крана 4 і відкриття кранів 5, 9, 24, і 29. Підготовлені стоки нагнітають 88478 8 ся в усереднювач 8. В ньому продовжується аерація стоків за рахунок кисню, що нагнітається компресором 20, і піддаються усередненню у концентрації органічних речовин, які надійшли в різні періоди доби з різними характеристиками по складу. Усереднені стоки, збагачені киснем і частково керовані, рівномірно протягом доби самоплином через кран-дозатор 9 надходять до біореактора 11. Біореактор 11 є головним механізмом пристрою, в ньому здійснюється основний технологічний процес - окислення органічних речовин, що знаходяться в стоках. Він є порожнистим циліндром з вмонтованими в нього ярусами чашками з порожнистим дном 32 і конусами 33. У верхніх частинах чашок і конусів просвердлені отвори для розпилювання повітря. Біореактор 11 вмонтований в аеротенк-прояснювач 12 і встановлений на стільці. В біореактор 11 подаються стоки зверху, а повітря нагнітається знизу через розпилювач від компресорів 19. Біологічно очищена рідина витікає через порожнисте дно біореактора 11. При цьому мулові і тверді частинки випадають в осад, а вода підіймається вгору по кільцевому простору, утвореному вертикальними циліндровими стінками біореактора 11 і аеротенка-прояснювача 12, переливається через стінку лотка 34 і зливається у фільтр 14. Технологічний принцип біологічного очищення стоків полягає в наступному. Підготовлені стоки надходять в чашку 32 біореактора 11, рухаються вниз поступово збільшуючи швидкість, а біля порожнистого дна чашки на виході з неї на максимальній швидкості насичуються киснем, розпиленим через отвори в конусах 33. Те ж відбувається і в наступному ярусі на низу конуса. Так повторюється 8-9 разів, поки стоки проходять через біореактор 11 протягом 4,5-5 годин. У всіх порожнинах біореактора відбувається безперервна зміна швидкості руху рідини і повітря, вихрові турбулентні рухи стоків. Активно перемішуються мул, органічні речовини і повітря. Швидко розмножуючись, мікроорганізми, вони активно окислюють органічні речовини. Тверді частинки і окислені органічні речовини, що знаходяться в стоках, захоплюючи разом з собою збовтані частинки, випадають в осад на похилі поверхні чашок 32 і конусів 33 і потім, у міру утворення укрупнених елементів, змиваються потоком рідини і випадають в осад. Він ущільнюється до певного ступеня, а потім через кран-дозатор 24 зливається в бак нагрівачпроціджувач 22 , встановлений в піддоні 2. Бак нагрівач-проціджувач 22 це відкрита прямокутна місткість на чотирьох ніжках з приймальними і випускними лотками на стінках торців з терморегульованим електронагрівачем 23, зі скидним програмно регульованим краном 36 на його дні, з датчиком рівня мулових осадів 31 і з розпилювачем свіжої води 35. Мулові осідання, що поступають в бак нагрівач-проціджувач 22, зливаються в торцевий приймальний лоток. Далі, переливаючись через лоток, рухаються уздовж бака з малою швидкістю, залишаючи в ньому тверді частинки і органічні речовини, а рідина з активними мікроорганізмами скидається в другий торцевий вихідний лоток бака. Коли нагромаджується велика кількість мулових 9 мас включається датчик 31. При цьому відкривається на повний переріз кран 38, закривається кран 24 і включається таймер №2 на щиті управління. Видаляється рідина з бака до верху осаду. Запрограмований на певний час таймер №2 відключається, а це є сигналом включення електронагрівача 23. Включення електронагрівача є сигналом включення знову таймера №2. Терморегулятор електронагрівачів встановлюється на градієнт температур 70-55 градусів. Через три години таймер зупиняється, і одночасно відключається електронагрівач 23. Відбулося повне знезараження мулового осадувід шкідливих для здоров'я людини елементів - бактерій, мікробів і т.п. Відключення електронагрівачів є сигналом відкриття крана 27, закриття крана 36 і включення на певний час таймера №2. Відбувається розмивання мулових залишків з бака нагрівачапроціджувача під тиском свіжої води. Рідина стікає через кран і вихідний лоток. Після зупинки таймера №2, закриваються крани 27, 28 і 5 і відкривається кран 6. У міру накопичення рідини в піддоні автоматично включається насос-подрібнювач, який перекачує мулову масу на наперед підготовлене місце для подальшого використання її за призначенням. Зупиняється насос-подрібнювач. Це є сигналом для закриття кранів 6, 28 і відкриття кранів 5, 24. Таким чином, відновлюється основна технологічна схема роботи пристрою. Біологічно очищена рідина, що виходить з біореактора другим потоком, рухається вгору по кільцевому простору, утвореному вертикальними стінками аеротенка-прояснювача і біореактора з малою швидкістю, постійно звільняючись від важких частинок і збовтаних речовин, що знаходяться в стічних водах. Прояснена таким чином вода переливається через грань кільцевого лотка 34 і зливається по трубопроводу в нижню частину фільтру при відкритому крані 29. Потім вона підіймається вгору через фільтруючі матеріали 14, остаточно звільняючись від всіх домішок до ступеня чистоти по БПК 3-5мг/літр і в тих же межах по завислим речовинах. Після фільтруючих матеріалів 14 рідина заповнює простір контактного резервуару 15. Тут вона контактує із знезаражуючою ріди 88478 10 ною і зливається в зовнішній резервуар для подальшого використання за призначенням або зливається в будь-яке водоймище. Знезаражуюча рідина, наприклад, гіпохлорит натрію, знаходиться в місткості 16 і подається, в нижню частину контактного резервуару по трубопроводу в дозованому вигляді. Кран 29 постійно повністю відкритий і закривається автоматично у двох випадках: під час промивки фільтруючих матеріалів і під час первинного пуску об'єкту до моменту повної стабілізації очищення стоків. Промивка фільтруючих матеріалів 14 проводиться автоматично. Після витрачання певної кількості свіжої води, наприклад, 20м3, за сигналом датчика повністю відкриваються крани 25, 26, 28 і 29, і включається таймер №3 на щиті управління. Піддон інтенсивно наповнюється водою. Включається насос, скидається вода в зовнішнє водоймище. Через 10 хвилин зупиняється таймер №3, що є сигналом закриття кранів 25, 26, 28 і 29. Насос-подрібнювач 3 після відкачування води з піддону 2 зупиняється. Компресори 19 і 20 працюють постійно на продуктивності, відрегульованій фахівцем-налагоджувальником (за регламентом). Таким чином, пристрій працює в системі комплексної механізації і автоматизації. Обслуговування пристрою полягає в періодичному візуальному огляді, дотриманні чистоти і порядку на пристрої. Постійного персоналу не вимагається. За бажанням замовника можливі варіанти неповної автоматизації пристрою. Збереження життєдіяльності мікроорганізмів у пристрої у випадках тимчасового припинення подачі стоків наступним чином: а) При короткочасній (7-10 днів) перерві зливом малої кількості свіжої води в пристрій, відкривши кран 27 і зберігши в роботі основну технологічну схему. Тим самим зберігається частина мікроорганізмів за рахунок поживних органічних речовин, залишених в системі і мулових залишках. б) При тривалих перервах (до одного місяця) зливу стоків - за рахунок наперед заготовленої підгодівлі, зберігши основну технологічну схему роботи пристрою при малому відкритті крана 27. 11 Комп’ютерна верстка А. Рябко 88478 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601