Многоступенчатый аэротенк-вытеснитель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 02 F 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01НРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3851626/23-?б (22) 21.02.85 (46) 07.03.89. Бюл. М 9 (71) Макеевский инженерно-строительный институт (72) Н.И.Куликов, В.В.Смагин, В.И.Нездойминов, П.И.Гвоздяк, В. Г.Потоцкий, Е.В.Горохов, Е.Н.Кулнжова и А.А.Бойко (53) 628.356 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 929598, кл. С 02 F 3/02, 1980. .(54)(57) 1; ИНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ АЭРО,ТЕНК-.ВЫТЕСНИТЕЛЬ, содержащий открытый резервуар коридорного типа, разделенный поперечными перегородками на камеры, трубу для впуска исходной сточной воды и трубу для выпуска обработанных вод, фильтрующие блоки, аэраторы1размещенные в каждой камере под фильтрующими блоками и у противоположных им стенок резервуара, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения степени очистки и удельной окислительной мощности еди„„Я0„„3463723 А 1 ницы объема сооружения за счет улуч шения массообменных процессов, поперечные перегородки установлены с упором в днище резервуара и в верхней их части выполнены.водопропускные окна, фильтрующие блоки выполнены в виде контейнеров со сплошными боковыми стенками и открытых сверху и снизу, заполненных рамками с навитыми на них по спирали стеклоершами с maгом, равным диаметру ершей,, рамки о расположены под углом 75-80 к горизонтальной плоскости в направлении протока очищаемой воды, контейнеры в камерах аэрации образуют отсеки фильтрации и отсеки аэрации, разделенные сплошными боковыми стенками контейнеров, отношение ширины отсека аэрации к ширине отсека фильтрации составляет 0,25-0,125.

2.,Аэротенк- вытеснитель, о т— .л и ч а ю шийся тем, что отсек .аэрации снабжен сплошными поперечными перемычками с высотой, равной глубине резервуара.

1463721

Изобретение относится к устройствам биологической очистки сточных

Вод.

Целью изобретения является повы- .

5 шение степени очистки жидкости и удельной окислительной мощности единИцы объема сооружения за счет улучшения массообменных процессов и сокращ ния экономических затрат. t0

На фиг.1 изображено предлагаемое у тройство, вид сверху; на фиг.2— р эрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 — разр з Б-Б на фиг, 1; на фиг.4 — аэротенк в, аксонометрии; на фиг.5 — кине- 15 т1лческая кривая удельных скоростей !

\ окисления фенола; на фиг.6 — изменение объема бетона в зависимости от количества ступеней; на фиг.7 — изменение окислительной мощности ершей и сооружения от угла наклона рамок в контейнере; на фиг.8 — изменение количества прикрепленных клеток микроорганизмов на стеклоершах от скорости дВижения жидкости В зоне фильтрации; 25 на фиг.9 — изменение окислительной мощности сооружения по окислению фенола

oh средней скорости жидкости в зоне фильтрации; на фиг. 10 — изменение отношЕния фактического времени пребывания 30 к расчетному от расстояния между поп речными перемычками в зоне аэрации.

В прямоугольном резервуаре 1, содержащем трубу 2 для впуска исходной сФочной воды и трубу 3 для выпуска обработанных вод, установлены сплошные поперечные перегородки 4 с упором в днище.

Перегородки 4 разделяют резервуар

1 на несколько камер 5. B каждую ка- 40 меру 5 помещены контейнеры 6, содерж!ащие рамки 7, наклоненные к горизонтальной плоскости под углом 75-80 на которые по спирали навиты стелое рши 8, сплошные боковые стенки 9, контейнеры выполняют функцию продольНых перегородок, которые разделяют каждую камеру 5 на отсек аэрации 10 и отсек фильтрации, соответствующий содержимому контейнеров 6.

В отсеке аэрации установлены сплошные поперечные перемычки 11 с высогой, равной глубине резервуара. Кроме того, в каждую камеру 5 введены два аэратора;

55 аэраторы 12 расположены мажду кон1 ейнерами 6 и продольными ограждающими поверхностями 13 резервуара 1, а аэраторы 14 расположены. под контейнерами 6 над дном 15 резервуара 1.

Каждая камера 5 резервуара 1 имеет трубу 16 опорожнения, расположенную у дна 15 резервуара 1 с задвижкой 17.

Сплошные поперечные перегородки 4 имеют водопропускные окна 18, расположенные в верхней части перегород" ки 4.

Контейнеры 6, установленные в каждой камере 5, образуют отсеки аэрации н фильтрации с соотношением ширины отсека аэрации к ширине отсека фильтрации от 0,25 до 0,125. Боковые стенки 9 контейнеров 6 образуют сплошную продольную перегородку между отсеками аэрации и фильтрации, недоходящую внизу до дна 15 резервуара 1, а вверху до низа водопропускных окон 18.

Многоступенчатый аэротенк-вытеснитель работает следующим образом.

Сточная жидкость поступает по трубе 2 в резервуар 1, последовательно проходя все камеры 5 и контактируя с микроорганизмами, прикрепленными на ершах 8. Через аэраторы 12 осуществляется подача воздуха в отсек аэрации 10. При этом возникает циркулирующий поток жидкости через отсеки аэрации и фильтрации. В отсеке аэрации происходит насыщение кислородом обрабатываемой жидкости, а в отсеке фильтрации — потребление растворенного кислорода микроорганизмами, закрепленными на ершах 8. Обрабатываемая жидкость в камерах 5 движется поступательно от входа к выходу камер, вовлекаясь в циркуляцию между отсеками аэрации и фильтрации. С целью

% исключения транзитных потоков жидкости между входом и выходом камер 5 через отсек аэрации в последнем установлены сплошные поперечные перемычки 11 высотой, равной глубине резер.— вуара 1.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов и адгезии на волокнах ершей механических примесей происходит постепенное эаиление ершей.

С целью удаления избыточной биомассы микроорганизмов и сгустков механических примесей производится периодическая регенерация ершей 8 в отсеке фильтрации путем подачи воздуха через аэраторы 14 с одновременным опорожнением камеры 5.

Разделение резервуара 1 на несколько последовательно сообщающихся между собой камер 5 обусловлено необхо1463721 димостью создания в каждой камере наиболее бпагоприятных условий для культивирования специализированных биоценозов.установка в резервуаре по меньшей мере двух сплошных, попереч5 ных с водопропускным окном в верхней части, перегородок обеспечивает раз- . деление его на три камеры. Нижний предел количества камер, равный трем, 10 назначается при использовании многоступенчатого аэротенка-вытеснителя в качестве сооружения для доочистки биологически очищенных городских сточных вод. В каждой камере аэротен- 15 ка при этом находится биоценоз соответствующего трофического уровня.

В первой камере работают микроорганизмы первого трофического уровня, т.е. бактериальные микроорганизмы и 20 голозойные простейшие утилизируют остаточное количество растворенных органических веществ. Во второй камере работают простейшие, коловратки., которые выедают бактериальный вынос 25 микроорганизмов из первой ступени. В третьей камере работают микроорганиз-. мы третьего трофического уровня: чер-. ви, клещи, улитки, рачки, питающиеся хлопками активного ила, простейшими, щ коловратками и обеспечивающие высокую прозрачность доочищенной сточной .жидкости.

Назначение верхнего предела коли;.чества камер в сооружении обосновывается оптимизационными расчетами для высококонцентрированных многокомпонентных по составу сточных вод.

Расчеты, выполненные на ЭВМ ЕС-1022 для различных категорий сточных вод 40 с учетом кинетической кривой окисления органических веществ микроорганизмами, показали,,что с увеличением количества камер возрастает удельная окислительная мощность единицы объема 45 сооружения, однако с ростом числа перегородок растут и затраты на изготовление ограждающих конструкций.

К примеру, для высококонцентрированных фенолсодержащих сточлых вод по= 5 > строена кинетическая кривая окисления

:. фенола фенолразрушающими микроорга- .. низмами. (фиг.5). Затем, разделяя восходящую вет.1ь кинетической кривой на различное число отрезков с равным шагом удельных скоростей, назначается число камер аэротенка, а затем определяются техническо-экономические показатели сооружения.

На фиг.б -представлена зависимость объема бетона, необходимого на все ограждающие конструкции, а в том чис" ле сплошные поперечные перегородки, при различном количестве камер в сооружении. Иинимальная материалоемкость многоступенчатого аэротенка для такого состава сточных вод с учетом кинетической кривой окисления загрязнений получается при количестве камер, равном 4. Выполнение резервуа-, ра в виде коридоров с соотношением ширины отсека аэрации к ширине отсе-. ка фильтрации от 0,250 до 0,125 обусловлено необходимостью равномерного вовлечения всего объема загрузки в процесс биологической очистки сточных вод и получения высокой удельной окислительной мощности единицы объема сооружения, равной для всех точек поперечного сечения, за счет увеличенияколичества биомассы и улучшения массо-.. обмена. Ширина отсека аэрации определяется гидродинамической структурой потока, формирующейся в результате всплывания пузырьков воздуха вместе с увлекаемой ими жидкостью. Струя, в которой сосредоточены практически .. все пузырьки газа-воздуха, движется с максимальной скоростью и имеет форму конуса с углом раскрытия около

10-12 . Например, при глубине погружения аэраторов 4-5 м (пневматическая система аэрации) непосредственной аэрации йодвергается столб жидкости шириной не более 0,5-1,0 м. При такой ширине можно достигать скорости восходящего потока 0,8- 1,0 м/с, обеспечивающей циркуляционное (вращательное) движение жидкости между отсеками аэрации и фильтрации.

Следовательно, регулированием ширины отсека фильтрации достигается необходимая скорость циркуляции (фильтрации) жидкости через загрузку.

Так, для аэробных микроорганизмов различных видов экспериментальным путем определены остаточные количества прикрепленных клеток на стеклоершах в зависимости от скорости фильтрации (фиг.8). Представленные кривые показывают, что увеличение скорости фильтрации потока жидкости через загрузку приводит к снижению количества прикрепленных клеток микроорганизмов.

На фиг.9 приведено изменение окислительной мощности сооружения по окислению фенола прикрепленными микроор1463721 ганизмами в зависимости от средней скорости фильтрации. При скорости фильтрации циркуляционных потоков жидкости

0,1 "0,25 м/с получена максимальная окислительная мощность аэрационного сооружения с прикрепленными микроорганизмами. При превышении верхнего предела скорости фильтрации происходит снижение окислительной мощности за счет срыва значительного количества биомассы с поверхности загрузки и выноса ее из сооружения. При скорости филь рации менее 0,1 м/с тоже наблюдается снижение окислительной 15 мощности сооружения, хотя на поверх( ности загрузки удерживаются большие ,концентрации микроорганизмов. Это (,происходи" в результате ухудшения массобмена между прикрепленными клет- 2р ками микроорганизмов и обрабатываю" ,щей жидкостью.

Поэтому можно считать, что оптимальный диапазон скоростей фильтрации сквозь стекловолокнистую загрузку 25 составляет 0,1-0,25 м/с, что соответствует соотношению ширины зоны фильтрации к ширине зоны аэрации от 4: 1 ,,до 8:1.

Выполнение приспособления для 30 (! удерживания микроорганизмов в виде контейнера, заполненного рамками с навитыми на них по спирали ершами,,необходимо для удобства монтажа и

35 эксплуатации сооружения. По мере из носа ершей их замена внутри сооруже ния связана с антисанитарией и плохи ми условиями труда, а при контейнерном исполнении замена ершей на рам-! .ках может быть выполнена в специально оборудованных мастерских.

Оптимальный угол наклона рамок с навитыми на них стеклоершами диаметром 50 мм к горизонтальной плоскости составляет 75-80 при условии, что 45 шаг навивки на рамку постоянен и равен диаметру ершей. С ростом угла наклона рамок в пределах от 45 до о

90 увеличивается длина ершей, а следовательно, и их поверхность для адсорбции микроорганизмов на единицу объема сооружения за счет заполнения рамками с наполнителем пустотных зон в начале и в конце каждой секции сооружения.

С другой стороны, при установлении рамок с углом наклона 45 достигается большая турбулизация циркуляционных потоков жидкости в отсеке фильтрации, лучший массообмен и, как следствие, высокая окислительная мощность аэрационного сооружения.

На фиг.7 представлено изменение окислительной мощности сооружения, удельной длины ершей и нагрузки по органическим загрязнениям от угла наклона рамок к горизонтальной плоскости.

Приспособление для удерживания микроорганизмов, выполненное в виде контейнера, устанавливается на дне резервуара в отсеке фильтрации. Причем расстояние между днищем резервуара и контейнером составляет не менее

0,3 м. Такой зазор принят для создания в природной зоне минимальных скоростей более 0,4 м/с, обеспечивающих вымывание возможных отложений. Верх контейнера находится не менее чем на

0,2 м ниже уровня водосливных кро мок в сплошных поперечных перегородках. Защитный слой жидкости над контейнером позволяет формировать одинаковое поле скоростей по всей ширине отсека фильтрации в циркуляционном потоке жидкости, омывающем поверхность загрузки, и осредняет эпюры скоростей по всем живому сечению.

Переток очищаемой сточной жидкости из одной камеры в другую осуществляется через водопереливы, устроенные в верхней части сплошных поперечных перегородок. Такое расположение водоперелива не допускает смешения обрабатываемых сточных вод по камерам, а в случае регенерации одной из камер аэротенка исключает переток в нее жидкости из соседник.

В отсеке аэрации через 2-3 м устанавливаются поперечные сплошные перемычки, имеющие высоту, равную глубине резервуара.

За счет поперечных перемычек, установленных в отсеке аэрации, увеличивается время контакта прикрепленных клеток микроорганизмов с обрабатываемой жидкостью путем исключения транзитных потоков воды через отсек аэрации, что приводит к увеличению скорости циркуляционных потоков и улучшению процессов массообмена в толще самой загрузки, а также к росту окислительной мощности биореактора. Оптимальное расстояние найдено экспериментально путем введения в поступающий поток трассера (расвор

146372!

Сооружение

Удельная скорость роста клеток. микроорганизмов, сут

Глюкоза Фенол

Пример

Зкономический коэффициент выхода клеток микроорга" низмов, г/г

Глюкоза Фенол

1 Биотенк первой ступени

2 Биотенк второй ступени

3 Биотенк тре» тьей ступени

4 Одноступенча-тый аэротенксмеситель

5,9 0,89

0,34

0,68

3,02 0„44

0,31 0,55

0,45

0,20

0,096 0,36

0,66

Таблица 2

Объем бетона на

Время об работки на ступени, ч

Общее время обработки в аэротенке, Площадь стен и

Удельна скорост окисления фенола, мг/г. ч

Коли,честв назна чаемых ступе ней

Количест во окис ляемого

Длина эротена, м перегородок, м строительство аэротенка, м енола на тупени, г/л

34

79,8

136

1(. 4

266, 1

1

16

166,4

49,9

5,4

3,6

3,5

16

86

36 !

2

12,5

6,25

48,9

163,0

4,1

2,5

72

32!

7,5

13,0

7 поваренной соли), не реагирующего химически со средой, и фиксирования времени прохождения обрабатываемой жидкости через все камеры аэротенка (фиг. 10) °

Роль продольных перегородок, разделяющих отсеки аэрации и фильтрации, выполняют боковые ограждающие поверх" ности контейнеров, что значительно 10 уменьшает материалоемкость и трудоемкость их изготовления.

Удаление избыточной биомассы микроорганизмов с поверхности стеклоершей производится путем аэрирования отсека фильтрации с одновременным опорожнеНием всего объема камеры. Интенсивностью аэрации отсека фильтра I ции регулируется остаточное количество прикрепленных микроорганизмов. Малое время регенерации наполнителя какой-либо камеры не приводит к ухудшению процессов биохимической очистки вследствие кратковременного отсутствия перетока жидкости в остальные камеры.

Таким образом, предложенный многоступенчатый аэротенк-вытеснитель позволяет повысить окислительную мощность сооружения и сократить общее время обработки сточных вод в 3-4 раза (табл.2) и при этом получить меньшее количество избыточной биомассы по сравнению с известными конструк" циями {табл. 1) .

Таблица !

1463721

l0

Продолжение табл.2

2,8

2,0

8,5

4,0

42,0

140,0

5,6

11,4

265

79,5

2

3 фД

6

8

18

16

14

12

6

18

12

12

4

2,5

1,0

1,25

0,86

1,0

1,0

1,0

0,67

0,5

9,78 4,89

1463 72!

f2

12 10 Ar

Щ ч

Ь ь

1 га ь

4 (Z (4 ч, В ф нонценпроция Соевого,нг/л цзиг.S о )

Ю

1 а

Ц

so ь ( ф 4а ь

+ 84

7 d

4испо сюулеюеЫ

Фиг S

14б372) 146372I

ОГ

7,3

7,0

1 оа

Я

Ь Ъ)

g$

3 оз

Средняя скорость дбижения жиФюс и 8 зане,ри,вл ад уи, a/c