Способ биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к очистке сточных вод посредством биологической активации, при которой сточные воды очищаются биологически в процессе активации, во время которого происходит нитрификация. Активирующая смесь вводится в циркуляционный контур, имеющий поршневой режим движения, в то время как очищенная вода отводится из вышеупомянутого контура и активирующая смесь пере-мешивается со сточными водами после отвода очищенной воды, этим вызывается нехватка кислорода на поверхности частиц активного ила, взывающая процессы денитрификации. Полученная смесь подвергается аэрированию, что удерживает активный ил во взвешенном состоянии, и во время поршневого движения потока происходит постепенное насыщение кислородом. Устройство всегда имеет две cепарационные полости 4, прилегающие друг к другу своими продольными сторонами, в которых образуются проходы для сообщения с полостью активации, и продольный распределительный канал 5, образованный между вышеупомянутыми стенками, полностью закрытый торцевой стенкой с одной стороны, в то время как на противоположной стороне остается проход, посредством которого распределительный канал соединяется с системой напорных каналов 7. Результат изобретения - интенсификация очистки с возможностью использования существующего оборудования. 2 с. и 26 з.п. ф-лы, 13 ил. 3 табл.

Изобретение относится к способу биологической очистки сточных вод, согласно которому очистка воды осуществляется в процессе активации, связанной с нитрификацией. Конкретно настоящее изобретение относится к устройству для осуществления вышеупомянутого способа, которое имеет в общем баке полость активации и продольные расширяющиеся кверху сепарационные полости, из которых выходят отводы для очищенной воды, причем каждая сепарационная полость ограничена перегородками и торцами и сообщается с полостью активации у одной продольной стороны.

Эффективная защита водной поверхности, включая моря, от эвтрофикации требует полного удаления макробиогенных элементов, таких как азот и фосфор, присутствие которых в сточных водах является основной причиной проявления эвтрофикации. Вот почему во всех системах очистки сточных вод следует учитывать этот призыв к удалению азота и фосфора.

Известные и применяемые на сегодняшний день системы по очистке сточных вод с одновременным сокращением количества азота ориентируются на использовании биологических процессов, которые являются наиболее экономичными. Все вышеупомянутые процессы требуют превращения окисляемых форм азота, т.е. аммиачного и органического азота, в нитратную форму путем нитрификации, после чего количество нитрата сокращается за счет образования газообразного азота в процессе денитрификации.

Нитрификация требует присутствия нитрифицирующих бактерий в активном иле достаточно выдержанного возраста, причем полная нитрификация достигается при иле тридцатидневного возраста, что соответствует загрузке ила, равной 0,12 кг биологической потребности кислорода на 5 дн на 1 кг летучего диспергированного осадка активного ила, помноженного на количество дней, в дальнейшем обозначается как кг БПК/кг ЛДО (где ЛДО - летучий диспергированный осадок). Кроме этого, процессы нитрификации требуют достаточно высокой концентрации растворенного кислорода, как правило более 2 мг кислорода на 1 л жидкости, в дальнейшем обозначается как 2 мг O₂/л. Далее следует процесс денитрофикации, поскольку ощущается нехватка растворенного кислорода в жидкости. Этим пользуются микроорганизмы и получают необходимый кислород за счет восстановления нитратов.

На современном уровне техники известны три основных альтернативных подхода к решению задачи по созданию системы для комплексной биологической очистки воды с одновременным использованием нитрификации и денитрификации.

В этом случае стадии нитрификации и денитрификации в процессе активации очистки периодически сменяют друг друга каждый раз после промежуточного цикла аэрации.

Первой альтернативой является периодическое использование процесса денитрификации.

К недостаткам такого решения относятся низкая эффективность прерывающегося процесса по сравнению с непрерывным процессом, сложная регуляция процесса, а также выход активного ила из взвешенного состояния во время аэрирования.

Еще одной альтернативой является предшествующая денитрификация. В этом случае денитрификация осуществляется обособленно в баке с интенсивным перемешиванием до начала активации с аэрированием. Во время предшествующей денитрификации сточные воды вместе с активирующей смесью отводятся от активации с аэрированием. К недостаткам предшествующей денитрификации относится необходимость создания обособленной полости для активации денитрификации с независимым источником для перемещения активирующей смеси в целях сохранения активного ила во взвешенном состоянии.

Объем, необходимый для активации денитрификации, зависит от состояния сточных вод и параметров процесса, и поэтому он меняется в зависимости от времени и места. Чтобы обеспечить высокие показатели очистки, максимально фиксированный объем должен быть подобран с учетом крайних случаев и поэтому обычно завышается.

Еще одним недостатком является то, что часть поверхности в полости денитрификации не используется для сепарации активного ила, причем в муниципальной установке по обработке сточных вод она составляет до 25% поверхности реактора.

Примером подобного решения с обособлением полости для денитрификации являются, например, описания изобретения к патентам CA-A 1 155976 и EP-A 0 367756.

В описании первого упомянутого патента раскрыто осуществление изобретения, где предусмотрена одна аноксидная зона, расположенная в центре, и две аэробных зоны, расположенных у торцевых сторон реакционного бака, причем каждая аэробная зона разделена прочными стенными перегородками на нисходящую зону аэрации и восходящую зону слоя флюидизированного материала. Данное решение заключает в себе недостатки, которые свойственны максимально фиксированным функциональным объемам, упомянутым выше.

В описании второго патента раскрывается внутренняя полость денитрификации и внешняя полость нитрификации и решение направлено на регулирование циркулирующего потока путем изменения поперечного сечения прохода между этими полостями. Недостатки, присущие максимально фиксированным функциональным объемам, здесь также присутствуют.

Третьей известной альтернативой денитрификации во время биологической очистки воды является денитрификация в циркуляционном контуре по типу использования окислительных желобов и карусельных систем. В этом случае функции аэрирования и перемешивания сточных вод с активирующей смесью связаны с приданием движения активирующей среде в очистительной системе в одну систему в виде механического аэратора. При прохождении потока активирующей смеси в циркуляционном контуре происходит насыщение активирующей смеси растворенным кислородом, благодаря чему осуществляется процесс нитрификации, и в результате постепенного потребления кислорода окислительными процессами биодеградации и нитрификации содержание кислорода в активирующей смеси уменьшается настолько, что в заключительной части циркуляционного контура процесс денитрификации протекает при нехватке кислорода.

Вышеупомянутое техническое решение денитрификации имеет много недостатков. Для механической аэрации необходимы плоские неглубокие баки, которые требуют большую площадь для строительства. Поверхность бака не используется для сепарации активного ила, следствием чего является требование об оснащении активирующего устройства автономными средствами сепарации, что еще более повышает требования к размеру строительной площадки и, следовательно, связано с большими затратами. Изолированная сепарация у боковой поверхности при принудительной рециркуляции через отстой отделенного ила недостаточно эффективна и создает низкую рабочую концентрацию на участке активации. Необходимость малой загрузки активного ила 30-дневного возраста приводит к большим объемам активационного пространства.

Серьезным недостатком циркуляционных контуров является также высокий индекс отстоя в активном иле в результате недостаточного высвобождения пузырьков газообразного азота, прилипающих к частицам активного ила во время денитрификации, что приводит к значительному снижению производительности устройства.

Еще один недостаток совмещения трех функций, т.е. аэрации, перемещения активирующей смеси и перемешивания сточных вод с активирующей смесью заключается в том, что вышеупомянутое совмещение понижает эффективность денитрификации в сточных водах с более высоким содержанием загрязнения азотом, что связано с нехваткой притока углерода, необходимого для процессов денитрификации на участке денитрификации. Поэтому, чтобы обеспечить достаточно эффективное течение процессов нитрификации и денитрификации, необходимо соединить вышеупомянутое устройство с периодической аэрацией активирующей смеси, учитывая все негативные явления по части периодического процесса.

Все вышеупомянутые известные решения проблемы денитрификации содержат недостатки как по части строительства новых установок для очистки сточных вод, так и по части реконструкции существующих традиционных очистительных установок, которые уже не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к качеству очищенной воды с учетом элементов эвтрификации. Имеется множество муниципальных установок по очистке сточных вод, построенных в развитых промышленных странах, которые уже нуждаются в проведении работ по интенсификации или реконструкции.

Существующие к настоящему времени решения денитрификации непригодны для этого, поскольку они предусматривают или строительство новой установки по очистке сточных вод, или, по меньшей мере, значительную перепланировку помещений на обычной муниципальной очистительной установке. Вот почему возникла острая необходимость в разработке решения, которое позволило бы использовать существующие на сегодняшний день муниципальные установки по очистке сточных вод с учетом современных требований экологии.

Цель настоящего изобретения - устранить как можно больше недостатков известных решений и создать новый способ и устройство, реализующих возможность интенсификации очистки сточных вод путем биологической активации при условии возможного использования уже существующих установок по очистке сточных вод.

Сущность способа, согласно изобретению, заключается в том, что активирующая смесь вводится в циркуляцию в циркуляционный контур, при этом, по меньшей мере, часть циркуляционного контура, предназначенного для денитрификации и нитрификации, имеет поршневой режим движения и создается за счет последовательного подключения продольных напорных каналов, подверженных аэрированию под давлением с помощью аэрирующих элементов. В конце части циркуляции с поршневым режимом движения очищенная вода удаляется после фильтрации через слой флюидизированного материала, а ил, отделенный при фильтрации через слой флюидизированного материала, перемешивается с активирующей смесью и отводится принудительным потоком в виде концентрированной активирующей смеси к началу первого напорного канала, куда подается загрязненная вода.

При рассмотрении эффективности очистки сточных вод важно отметить тот факт, что за один и тот же период времени количество очищенной воды, которая отводится из циркуляционного контура путем фильтрации через слой флюидизированного материала, меньше, чем количество активирующей смеси, циркулирующей в циркуляционном контуре.

Преимуществом является и то, что активирующая смесь, перемешанная с необработанными сточными водами, окисляется аэрированием постепенно с одновременным поддержанием активного ила во взвешенном состоянии пока концентрация растворенного кислорода в активирующей смеси не менее 2 мг кислорода на 1 л активной смеси.

При рассмотрении вопросов контроля за процессом очистки сточных вод существенным является то, что аэрация осуществляется под давлением с изменением интенсивности как функция времени и/или места в циркуляционном контуре.

Для достижения необходимого активационного эффекта важно, чтобы интенсивность циркуляции активирующей смеси превышала интенсивность очищенной воды не менее, чем в два раза.

Перемещение активирующей смеси в потоке с поршневым режимом движения является достижением и заключается в том, что активирующая смесь вводится в циркуляционный контур при подаче необработанных сточных вод дренированием очищенной воды и путем принудительной подачи активирующей смеси, загустевшей при сепарации, в циркуляционный контур после процесса сепарации.

Для повышения эффективности денитрификации важно, чтобы очищенная вода отводилась из окислительной части циркулирующей активирующей смеси во время каждого цикла циркуляции посредством фильтрации через слой флюидизированного материала.

Сущность устройства согласно изобретению заключается в том, что две сепарационные полости всегда располагаются рядом друг с другом, соприкасаясь своими продольными боковыми стенками, в которых имеются проходы для сообщения с полостью активации, продольный распределительный канал, образованный между вышеупомянутыми стенками, полностью закрыт торцевой стенкой с одного конца, в то время как на другой стороне предусмотрен проход для сообщения с системой напорных каналов, при этом каналы располагаются в сторону от сепарационной полости, система напорных каналов и по меньшей мере один распределительный канал составляют часть циркуляционного контура, еще одну часть циркуляционного контура составляет собирающее устройство, подсоединенное к выпускному отверстию сепарационной полости для выхода активирующей смеси, причем вышеупомянутое собирающее устройство подсоединено по меньшей мере к одной насосной установке, выходное отверстие которой является началом циркуляционного контура, в то время как подвод необработанной воды производится на участок приема насосной установки или на участок выпуска, циркуляционный контур имеет по меньшей мере один отбойник.

Для поддержания ила в необходимом возрасте и для поддержания интенсивности циркуляции в циркуляционном контуре важно, чтобы собирающее устройство располагалось около дна сепарационной полости для фильтрации через слой флюидизированного материала, причем сообщение с полостью активации обеспечивается верхним и нижним отверстиями. Оба отверстия расположены на одной и той же стороне сепарационной полости. Верхнее отверстие соединено с расширительной частью сепарационной полости, а нижнее отверстие расположено около дна. Диаметр верхнего отверстия меньше диаметра нижнего отверстия, что создает сопротивление потоку активирующей смеси.

При рассмотрении гидравлических связей в реакторе и простоты конструкции сепарационной полости существенно, что сепарационная полость соединена с полостью активации через щелевой проход в перегородке сепарационной полости у днища бака, в то время как собирающая магистраль с впускными отверстиями для загустевшей активирующей смеси расположена около днища бака в сепарационной полости, причем собирающая магистраль соединена с насосом, выходное отверстие которого подсоединено к полости активации.

Для строительства и реконструкции установок по очистке сточных вод существенно, что циркуляционный контур создается по меньшей мере одним базовым модулем, в котором распределительный канал образуется двумя внутренними перегородками, а внешние перегородки всегда образуют вместе с внутренней перегородкой сепарационную полость и вместе с окружающей стенкой бака или с наружной стенкой следующего модуля отводной напорный канал, распределительный канал подсоединен спереди к обводному напорному каналу, а к его боковой стороне подсоединена сепарационная полость.

При рассмотрении эффективности биологической очистки существенно, что приемный поддон, оснащенный насосом, расположен в циркуляционном контуре, а отводы собирающего устройства, несущие активирующую смесь, подсоединяются к вышеупомянутому поддону и отвод от насоса подводится за отбойник в начало напорного канала, при этом необработанная вода поступает в приемный поддон.

Для создания унифицированной системы внутренней структуры реакторов предпочтительно, чтобы дополнительные модули идентичного применения пристраивались к базовому модулю, располагаясь в перпендикулярном направлении к нему. При некоторых обстоятельствах ось основного модуля проходит через центр бака, а дополнительные модули располагаются симметрично и перпендикулярно базовому модулю. Выгодным осуществлением изобретения считается также и такой случай, когда один дополнительный модуль устанавливается рядом и параллельно с базовым модулем, причем система параллельных модулей, созданная таким образом, является симметричной оси, проходящей через центр бака.

Для поддержания тесной связи между отдельными процессами при очистке сточных вод существенно, чтобы аэрирующие элементы устанавливались на приемном участке необработанной воды с большим интервалом, чем в следующих частях циркуляционного контура, причем площадь поперечного сечения потока впускного отверстия фильтра из флюидизированного материала составляет более 10% площади поверхности в сепарационной полости.

Улучшение процесса денитрификации достигается использованием в собирающем оборудовании по меньшей мере одного насоса, предпочтительно центробежного насоса, который устанавливается в приемном поддоне.

Достижением при конструировании больших муниципальных установок для очистки сточных вод является то, что сепарационная полость для фильтрации через слой флюидизированного материала размещается по всей длине распределительных каналов циркуляционного контура, в то время как впуск активирующей смеси в сепарационную полость для фильтрации через слой флюидизированного материала и собирающее оборудование для удаления загустевшей активирующей смеси из сепарационной полости располагаются по всей ее длине.

Для эффективного удаления всплывшего ила предлагается использовать ловушку, которая устанавливается в верхней части сепарационной камеры, причем вышеупомянутая ловушка образуется наклонной крышей, к нижнему краю которой подводится сжатый воздух. Верхний край крыши имеет выпускное устройство для всплывшего ила в виде эрлифтного насоса, выходящего в полость активации, в то время как вся крыша находится ниже поверхности бака.

Чтобы устранить влияние потока в распределительном канале на характер потока в сепарационной полости важно, чтобы на участке прохода к перегородке со стороны полости активации был установлен по меньшей мере один отражатель потока.

При рассмотрении интенсивности нитрификации предпочтительно, чтобы перемешивающее устройство размещалось в начале полости активации и отвод насоса соединялся с перемешивающим устройством, в которое поступают необработанные сточные воды, а выпуск перемешивающего устройства соединен со следующей частью полости активации.

В связи с необходимостью чистки собирающих труб важно, чтобы насосная установка имела насос, снабженный подводным реверсивным электромотором.

Чтобы обеспечить снятие электромотора и рабочего колеса насоса предпочтительно, чтобы реверсивный электромотор и рабочее колесо насоса свободно размещались на направляющих, установленных вертикально по отношению к днищу бака.

Для сохранения оптимальной длины собирающих труб важно, чтобы насос был подсоединен к двум ответвлениям собирающей магистрали.

Чтобы обеспечить прерывистую или регулируемую подачу воздуха важно, чтобы аэрационные шланги размещались в полости активации и подсоединялись к источнику подачи воздуха через кран или регулятор.

Для лучшего использования кислорода воздуха важно, чтобы аэрационные шланги устанавливались в двух ответвлениях, которые имеют одинаковое расположение на противоположных сторонах поперечного сечения обводного канала.

Способ и устройство согласно изобретению представляют эффективное средство для предупреждения эвтрофикации в водных ресурсах природы. Основным достоинством является высокая эффективность очистки как при удалении органических веществ из сточных вод, так и при сокращении содержания элементов эвтрификации, т. е. азота и фосфора. Комплексная очистка сточных вод, особенно очистка муниципальных стоков, обеспечивается в данном случае простым способом биологической активации без необходимости применения других методов для денитрификации и дефисфоризации. Это значительно упрощает техническое решение реакторов для комплексной биологической очистки сточных вод.

Модульная система реактора согласно изобретению позволяет осуществлять модульное конструирование реакторов в широком диапазоне производительности вплоть до самых крупных реакторов, пригодных для больших городов с миллионами жителей. При использовании каналов, образованных в результате размещения сепарационных полостей для фильтрации через слой флюидизированного материала в полости активации, система объединения каналов в единый циркуляционный контур позволяет максимально упростить и одновременно укоротить связи между связанными процессами очистки активацией, включая сепарацию активного ила при минимальном гидравлическом сопротивлении в системе. Система циркуляции активирующей смеси позволяет также осуществлять точечный впуск необработанной воды в реактор, что уменьшает стоимость распределения необработанных сточных вод.

Еще одним преимуществом способа и устройства согласно изобретению является высокая производительность благодаря максимальному использованию поверхности реактора для сепарации, позволяющая использовать для работы реактора активный ил высокой концентрации, что обеспечивает повышенные качественные и количественные параметры устройства.

Способ и устройство согласно изобретению позволяют также осуществлять реконструкцию существующих на сегодняшний день традиционных установок по очистке сточных вод, что влечет за собой существенное сокращение расходов по сравнению со строительством новых установок по очистке сточных вод или расширением старых очистных сооружений.

На фиг. 1 представлен вид снизу базового модуля циркуляционного контура активирующей смеси; на фиг. 2 - вертикальный разрез модуля А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вертикальное сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - вертикальное сечение С-С на фиг. 1; на фиг. 5 - аксонометрическая проекция базового модуля циркуляционного контура на фиг. 1-4; на фиг.6 - вид спереди ловушки всплывшего ила; на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 6; на фиг. 8 - вид сверху на реактор, расположенный в виде прямоугольника в результате присоединения к базовому модулю циркуляционного контура других модулей циркуляционного контура; на фиг. 9 - вертикальный разрез реактора А-А на фиг. 8; на фиг. 10 - вертикальный разрез В-В на фиг. 8; на фиг. 11 - вертикальный разрез С-С на фиг. 8; на фиг. 12 - наклонное сечение еще одного варианта осуществления реактора с частичными вырезами; на фиг.13 - схематическое изображение варианта реактора, представленного на фиг. 9.

Устройство согласно изобретению включает по меньшей мере один циркуляционный контур. Каждый циркуляционный контур имеет по меньшей мере один базовый модуль. В случае, если устройство имеет больше модулей или даже один базовый модуль и несколько других дополнительных модулей, конструктивное исполнение базового модуля и дополнительных модулей предпочтительно идентичное.

Конструктивное исполнение базового модуля циркуляционного контура согласно фиг. 1 - 4 представляет собой объемное пространство бака прямоугольной формы, окруженного стенами 1, например стенами из железобетона, и днище 8, разделенное системой вставных перегородок 2 на функциональные полости, т.е. полости как для процессов очистки сточных вод путем биологической активации, так и для сепарации хлопьевидной суспензии с помощью фильтрации через слой флюидизированного материала.

При предпочтительном изготовлении базового модуля соседние внутренние перегородки 2 размежевывают сепарационные полости 4, в которых размещается фильтр из флюидизированного материала. Каждая из полостей имеет обводной напорный канал 7, проходящий вдоль одной из сторон, и распределительный канал 5 вдоль другой стороны, который заканчивается торцевой стенкой 6, которая полностью закрывает сепарационную полость 4 для фильтрации через флюидизированный материал и распределительный канал 5. В базовом модуле имеются две сепарационные полости 4, прилегающие друг к другу своими продольными боковыми стенками. Распределительный канал 5 расположен между полостями. Сепарационные полости 4 протянулись практически по всей длине базового модуля и по всей длине они сообщаются с распределительным каналом 5. Обводные напорные каналы 7 расположены между внешними перегородками 2 и периферийными стенками 1 бака и вдоль своих боковых сторон они отделены от сепарационных полостей 4. Ловушка 29 для всплывшего ила и собирающие желоба 15 для сбора очищенной воды размещаются в верхних частях сепарационных полостей 4 для фильтрации через слой флюидизированного материала.

Сепарационная полость 4 для фильтрации через слой флюидизированного материала полностью закрыта с противоположной стороны торцевой стенкой 6, в то время как распределительный канал 5 сообщается с обводным напорным каналом 7 через проход 26. Проход 26 имеет прямоугольную форму, причем более длинная сторона его расположена вертикально (фиг. 3). Данное осуществление изобретения легко воспроизвести и в функциональном плане оно вполне удовлетворяет, но проход 26 может также иметь другую форму, например форму, соответствующую профилю распределительного канала 5, чтобы добиться минимального гидравлического сопротивления.

Могут быть подобраны также другие модули, имеющие лишь одну сепарационную полость 4. В таком случае обводной напорный канал 7 создается вдоль одной удлиненной и одной более короткой сторон сепарационной полости 4, в то время как распределительный канал 5 образуется вдоль другой более длинной стороны. При приложении двух таких модулей боковыми сторонами друг к другу получается вышеупомянутый базовый модуль 4.

Ловушка 29 (фиг.6 и 7) всплывшего ила погружается в воду. Она имеет наклонную крышу с головкой 40 (фиг. 7). Основная часть крыши расположена горизонтально, в то время как головка 40, соединенная с основной частью или создающая с ней единое целое, наклонена. Ее поперечное сечение таким образом постоянно изменяется.

Головка 40 расположена под относительно небольшим углом к горизонтальной плоскости. В нижней части ловушка 29 подсоединена через подвод 38 к источнику подачи воздуха под повышенным давлением (не показан), соответствующим небольшой глубине погружения. Это означает, что ловушка 29 подвергается аэрированию. На противоположной более приподнятой части ловушки 29 расположено выпускное устройство для всплывшего ила, основной частью которого является эрлифтный насос 39, предпочтительно соединенный с тем же самым источником подачи воздуха под давлением, что и подвод 38. Эрлифтный насос 39 может быть также подсоединен к другой независимой системе подачи воздуха (не показана). Терминал эрлифтного насоса 39 выводится в любое место у каналов 7 и 9. Удаление ила, т. е. подача воздуха под давлением, может осуществляться непрерывно или периодически. При некоторых обстоятельствах режим подачи воздуха под давлением, постоянный или периодический, зависит по существу от показателя флотации. Настоящее изобретение может быть также осуществлено на практике без ловушки 29, например, в случае, когда показатель флотации в процессе сепарации невысокий.

Перегородки 2 в верхней части сепарационной полости 4 (фиг.2, 3, 9, 10) расположены под углом. Нижняя часть 12 сепарационной полости 4 соединена с верхней частью, причем перегородки 2 в нижней части 12 желательно располагать по прямой линии и параллельно друг другу. В верхней части каждой сепарационной камеры 4 имеется верхнее отверстие 10, а в нижней части 12 - нижнее отверстие 11. Оба отверстия 10 и 11 обеспечивают сообщение между распределительным каналом 5 и сепарационной полостью 4 и они оба расположены на одной стороне сепарационной полости 4. Верхнее отверстие 10 связано с расширяющейся частью сепарационной полости 4 и обеспечивает в то же самое время впуск активирующей смеси в сепарационную полость 4.

Вышеупомянутое верхнее отверстие 10 как правило имеет меньшее входное поперечное сечение, чем нижнее отверстие 11, при этом верхнее отверстие 10 создает дополнительное сопротивление для прохода активирующей смеси из распределительного канала 5 в сепарационную полость 4 (фиг. 2 и 3). Желательно, чтобы верхнее отверстие 10 имело форму щели, протянувшейся по всей длине сепарационной полости 4, а при некоторых обстоятельствах периодически повторяющихся щелей или отдельных равномерно расположенных щелевых отверстий. Желательно, чтобы ось нижних частей 12 сепарационных полостей 4 была расположена вертикально, но она может быть также и наклонной с тем, чтобы нижняя часть 12 сепарационной полости 4 была отодвинута от распределительного канала 5. Нижнее отверстие 11 расположено около дна сепарационной полости 4, оно понимается как ряд отверстий в стене нижней части 12 сепарационной полости 4 и его общее поперечное сечение больше, чем общее поперечное сечение верхнего отверстия 10 вплоть до кратности. Нижнее отверстие 11 предназначено прежде всего для перетока активирующей смеси в нижнюю часть 12 сепарационной полости 4 с целью выравнивания уровней смеси в сепарационных полостях 4 и в полости активации, а также для удаления ила при перерыве в работе.

Размер входного отверстия 14 к фильтру из флюидизированного материала в крупных муниципальных установках по обработке сточных вод при низком показателе гидравлической неровности до 1,5 составляет по меньшей мере 10% сепарационной поверхности.

Выпуск для загустевшей активирующей смеси после сепарации соединен по меньшей мере с одним собирающим устройством, снабженным по меньшей мере одной насосной установкой. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения собирающие магистрали 13 собирающего устройства расположены около днища нижних частей 12 перегородок, причем собирающие магистрали подсоединены к приемному поддону 35, в котором расположен по меньшей мере один насос, предпочтительно центробежный насос 36, и этот насос также является источником создания местной турбулентности. Отвод 27 от насоса 36 подсоединен к обводному напорному каналу 7 за отбойником 28, если смотреть в направлении движения потока активирующей смеси (фиг. 1).

Отбойник 28 закрывает головную часть обводного напорного канала 7 по меньшей мере частично или полностью, что является предпочтительным. Существенно, чтобы отвод 27 вместе с подводом 22 необработанного ила вводились в циркуляционный контур в направлении движения потока после сепарационных полостей 4. Таким образом подвод 22 необработанной воды может быть или на участке впуска насосной установки, или на выходном участке насосной установки после отбойника 28. Предпочтительно, чтобы подвод 22 необработанной воды осуществлялся в приемный поддон 35 (на фиг. 1 не показан).

Распределительный канал 5 сообщается через верхнее отверстие 10 с сепарационными полостями 4 и через нижнее отверстие 11 с собирающей магистралью 13 (фиг. 1 и 8), в которую включен по меньшей мере один насос в качестве насосной установки, например эрлифтный насос (не показан) или несколько эрлифтных насосов (не показаны), при некоторых обстоятельствах вышеупомянутый центробежный насос 36 устанавливается в приемном поддоне 35 (фиг. 1, 8, 11), как упомянуто выше. Если в работу включен центробежный насос 36, установленный в приемном поддоне 35, то нет необходимости в использовании эрлифтного насоса, при некоторых обстоятельствах эрлифтный насос устанавливается только в некоторых ответвлениях собирающей магистрали 13 для того, чтобы повысить эффект перемешивания в загустевшей активирующей смеси, выходящей из отвода 27 и вливающейся в активирующую смесь в баке, в некоторых случаях в приемный поддон 35. Отвод 27 эрлифтного насоса или центробежного насоса 36, если в системе имеется приемный поддон, подводится к обводному напорному каналу 7 после отбойника 28 (фиг. 1). Центробежный насос 36 также может быть заменен эрлифтным насосом. Насосы обоих типов могут быть размещены как в приемном поддоне 35, так и вне его во всех случаях, когда насос является частью водовыпуска из приемного поддона 35, находясь таким образом рядом с приемным поддоном 35.

Циркуляционный контур активирующей смеси, в котором поток активирующей смеси имеет поршневой режим движения, создается на основе использования взаимной связи между обводным напорным каналом 7, распределительным каналом 5, сепарационными полостями 4 и с помощью собирающей магистрали 13 собирающего устройства и приемного поддона 35 благодаря обратной связи через отвод 27 с обводным напорным каналом 7. Обводняй напорный канал 7 по всей своей длине полностью отделен от сепарационных полостей 4 посредством перегородки 2.

Аэрирующие элементы 3 устанавливаются около дна в обводном напорном канале 7 и в распределительном канале 5, предпочтительно на разном удалении друг от друга с тем, чтобы обеспечить различную интенсивность аэрации на разных участках циркуляционного контура. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения на участке подачи необработанного ила аэрирующие элементы 3 устанавливаются на большем удалении друг от друга, чем в последующих частях циркуляционного контура.

Аэрирующие элементы 3 могут быть установлены на одинаковом удалении друг от друга, но при условии различной интенсивности в разных точках циркуляционного контура. Таким образом представленное устройство может быть приспособлено к разным условиям. Можно также использовать аэрирующие элементы с интенсивностью, зависимой от времени.

Вышеупомянутый отбойник 28 размещается в обводном напорном канале 7 на стороне торцевой стенки 6 у прохода 26 в распределительный канал 5. Предусмотрен подвод 22 необработанной воды на участок после отбойника 28 вместе с отводом 27 эрлифтного насоса или эрлифтных насосов (не показаны), при некоторых обстоятельствах - центробежного насоса 36. Обводной напорный канал 7, расположенный вдоль сепарационных полостей 4, имеет форму в виде узкого коридора, причем его профиль зависит от формы сепарационной полости 4. Как правило, обводной напорный канал 7 прежде всего расширяется книзу (фиг. 2) и в нижней части его стены расположены вертикально и параллельно. При использовании различных форм сепарационной полости 4 стены обводного напорного канала 7 могут располагаться под углом и параллельно, при некоторых обстоятельствах - под углом и с наклоном в разных направлениях.

Работа предлагаемого базового модуля циркуляционного контура и способ биологической очистки сточных вод с использованием динамической нитрификации и денитрификации заключаются в следующем.

Активирующая смесь циркулирует в циркуляционном контуре при поршневом режиме движения и она непрерывно окисляется аэрированием, которое в то же время поддерживает активный ил во взвешенном состоянии. Все отдельные частицы активирующей смеси продвигаются вперед в циркуляционном контуре по меньшей мере с одним векторным компонентом скорости в направлении движения потока активирующей смеси в циркуляционном контуре как единого целого. Таким образом предпочтительно, чтобы за счет работы аэрирующих элементов 3 отдельные частицы продвигались также и в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения в циркуляционном контуре и осуществляли так называемое винтовое движение.

Для достижения высокой концентрации активного ила в циркуляционном контуре активирующая смесь подвергается фильтрации через слой флюидизированного материала в процессе каждого цикла циркуляции, во время которого очищенная вода удаляется из смеси в то время, как процесс сепарации идет, в сепарационных полостях 4 практически на всей поверхности бака и окружающих стен 1. Очищенная вода, полученная после фильтрации через слой флюидизированного материала, отводится собирающими желобами 15, и ее количество всегда меньше, чем количество активирующей смеси, циркулирующей в циркуляционном контуре в этот же период. Предпочтительно, чтобы очищенная вода удалялась фильтрацией через слой флюидизированного материала лишь из части циркулирующей активирующей смеси, что позволяет обеспечить высокую интенсивность циркуляции, а при такой интенсивности возможен высокий уровень денитификации. Это достигается согласно экспериментальному варианту осуществления изобретения путем продвижения активирующей смеси из распределительного канала 5 через нижнее отверстие 11 на участок собирающего устройства около дна сепарационной полости 4.

Циркуляция осуществляется за счет подвода сточных вод путем перекачки загустевшей активирующей смеси из фильтра с флюидизированным материалом обратно в циркуляционный контур за отбойник 28 и путем выпуска очищенной воды через собирающие желоба 15. Таким путем активирующая смесь вводится в циркуляционный контур, используя поршневой режим потока. Необработанные сточные воды вводятся в циркуляционный контур предпочтительно после отбойника 28 или в приемный поддон 35. Это приводит к нехватке кислорода на поверхности частиц активного ила и начинается процесс денитрификации. Затем под воздействием аэрирующих элементов 3 активирующая смесь постепенно окисляется аэрированием при одновременном диспергировании активного ила во время циркуляции в напорных каналах 7 пока не будут достигнуты условия, необходимые для процессов нитрификации, после чего активирующая смесь подвергается фильтрации через слой флюидизировнного материала в сепарационных полостях 4. Необработанные сточные воды примешиваются в загустевшую активирующую смесь с нитратом, полученным при окислении азотного загрязнения, например, в приемном поддоне 35, и посредством этого во время одного цикла циркуляции осуществляются все процессы по комплексной очистке сточных вод с удалением органических и азотных веществ. Как правило, активирующая смесь постепенно окисляется во время аэрации пока концентрация кислорода, растворенного в активирующей смеси, не достигнет или не превысит уровень, равный по меньшей мере 2 мг кислорода на 1 л активирующей смеси. Таким путем реализуется оптимальный процесс биологической очистки сточных вод в том виде, как он будет описан более подробно ниже.

Через верхнее отверстие 10 активирующая смесь поступает в сепарационные полости 4 для фильтрации через слой флюидизированного материала и в расширяющееся пространство сепарационной полости 4, а через нижнее отверстие 14 она направляется из нижней части 12 в расширяющееся пространство сепарационной полости 4, где и осуществляется фильтрация через слой флюидизированного материала. Эффективность сепарации посредством фильтрации через слой флюидизированного материала среди всего прочего зависит от размера входного отверстия 14. Оптимальный размер входного отверстия 14 равен по меньшей мере 10% сепарационной поверхности на крупных муниципальных установках с низким коэффициентом гидравлической неровности до 1,5. Сепарация очищенной воды из активного ила осуществляется в фильтре с флюидизированным материалом в сепарационной полости 4 путем фильтрации через слой флюидизированного материала, при которой вода, высвобожденная из суспензии активного ила, выводится собирающими желобами 15 из системы очистки. Всплывший ил, перехваченный ловушкой 29, направляется в полость активации, как правило, в любую точку одного из напорных каналов 7 и 9. После фильтрации загустевший активный ил опускается противотоком через входное отверстие 14 в нижнюю часть 12 к собирающей магистрали 13, расположенной около дна нижней части 12. Отвод 27 собирающего устройства, а при некоторых обстоятельствах в отсутствии насоса и сама собирающая магистраль 13 подсоединяется к приемному поддону 35, откуда активирующая смесь откачивается центробежным насосом 36, причем работа этого насоса вызывает сильную местную турбулентность.

Местная турбулентность, вызываемая центробежным насосом 36, делает необходимым высвобождение газообразных азотных пузырьков, которые прилипают к частицам активного ила во время денитрификации. Переток активирующей смеси в приемный поддон происходит самотеком благодаря различным уровням смеси в баке и в приемном поддоне 35. Если местные условия требуют, то в собирающее устройство может быть включен насос, например эрлифтный насос.

В случае приостановки аэрирования в реакторе через нижнее отверстие 11 может также осуществляться переток активного ила из сепарационной полости 4 в распределительный канал 5, что предотвращает заиливание в нижней части 12. Нижнее отверстие 11 обеспечивает также уровень равновесия при сепарации и активации во время заполнения реактора и во время выдувания ила и тем самым предохраняет внутреннюю структуру реактора от воздействия давления.

Необработанные сточные воды смешиваются в обводном напорном канале 7 циркуляционного контура с активирующей смесью, которая загустевает после фильтрации через слой флюидизированного материала, причем вышеупомянутые сточные воды вызывают резкое падение концентрации растворенного кислорода в активирующей смеси, особенно на поверхности частиц активного ила, и тем самым создают хорошие условия для динамической денитрификации. Тем не менее, процессы денитрификации не требуют аноксидных условий во всем объеме активирующей смеси, вполне достаточным является создание аноксидных условий на поверхности, а в некоторых случаях - на поверхности частиц активного ила. Форма обводного напорного канала в виде узкого коридора обеспечивает поддержание активного ила во взвешенном состоянии при достаточно высокой скорости потока и слабом аэрировании. Процесс денитрификации, протекающий при низком содержании кислорода в активирующей смеси, не ухудшается от этого.

Осуществление аэрирования во время поршневого движения потока приводит к биодеградации загрязняющих веществ в активирующей смеси благодаря окислению и постепенному насыщению активирующей смеси кислородом вплоть до достижения условий нитрификации азотистых веществ, что обычно происходит при концентрации 2 мг O₂/л. Повышенное содержание растворенного кислорода также благоприятно сказывается на эффективности последующей сепарации активного ила посредством фильтрации через слой флюидизированного материала, поскольку более высокое содержание кислорода в активирующей среде препятствует процессам денитрификации во время фильтрации через слой флюидизированного материала. Это препятствует флотации активного ила в сепарационной полости 4 и также высвобождению фосфора в очищенную воду.

Циркулирующая смесь активации доставляет нитраты, образуемые в зоне нитрификации при достаточном содержании кислорода, в зону циркуляционного контура с низким содержанием растворенного кислорода.

Затем нитраты восстанавливаются до газообразного азота в вышеупомянутой зоне с пониженным содержанием кислорода и начинается денитрификация. Пузырьки газообразного азота, которые прилипают к частицам активного ила во время денитрификации, удаляются в процессе циркуляции активирующей смеси в циркуляционном контуре путем придания движения за счет повышенной интенсивности местной турбулентности, например, центробежным насосом 36. Энергия потока может быть успешно использована для создания интенсивной местной турбулентности, необходимой для смешения циркулирующей активирующей смеси с очищенной водой стоков там, где необработанная вода стоков, перемешенная в циркуляционной активирующей смеси, вызывает не только понижение содержания растворенного кислорода, но также обеспечивает подачу углерода, необходимого для процессов денитрификации.

Эффективность описанной динамической денитрификации сточных вод в цикле циркуляции активирующей смеси при чередовании процессов нитрификации и денитрификации зависит от интенсивности циркуляции активирующей смеси согласно выражению r [%] = 1/(n + 1)·100, где r - эффективность денитрификации, выраженная в процентах; n - отношение количества воды, проходящей через одно поперечное сечение в циркуляционном контуре за единицу времени, к количеству необработанной воды, подводимой за эту же единицу времени.

Данное количественное соотношение представляет интенсивность циркуляции в циркуляционном контуре. Например, для того, чтобы получить 75%-ную эффективность восстановления нитратов согласно вышеупомянутому выражению, необходимо обеспечить трехкратное увеличение интенсивности циркуляции по сравнению с количеством очищенной воды. Описанный процесс биологической очистки сточных вод обычно эффективен при интенсивности циркуляции активирующей смеси в пределах двукратного - шестикратного увеличения от количества очищенной воды. Интенсивность циркуляции может быть также значительно выше для очень концентрированных сточных вод и поэтому количество воды, проходящей через циркуляционный контур, может быть во много раз больше, чем количество подводимых необработанных стоков. Далее необходимо также обеспечить, чтобы показатель всасывания активирующей смеси через нижнее отверстие к впускному отверстию собирающего устройства был более высоким. Это достигается за счет резкого снижения величины сопротивления, т.е. размером верхнего отверстия 10.

Общая интенсивность процессов биологической очистки зависит от концентрации активного ила в очистительной системе, которая непосредственно зависит от интенсивности сепарации. Обеспечение определенной циркуляции активирующей смеси в циркуляционном контуре для достижения желаемой интенсивности денитрификации повышает требования к разделительной способности.

Введение единой фильтрации через слой флюидизированного материала в циркуляционном контуре активирующей смеси при полном использовании всей активирующей поверхности для сепарации гарантирует высокую концентрацию активного ила, что в свою очередь приводит к низкой загрузке ила, необходимого для нитрификации как основной цели, обеспечивающей удаление азота из сточных вод. Важным качеством описанного способа динамической нитрификации и денитрификации является также его высокая эффективность при удалении из сточных вод фосфора, причем восстановление фосфора доходит до 80%.

Согласно вышеописанному способу все процессы сложной биологической очистки, связанные с удалением органических и азотных веществ, а также с высокой эффективностью удаления фосфора из сточных вод, осуществляются за один цикл циркуляции в циркуляционном контуре.

Пример 1. Предлагаемый метод согласно изобретению осуществляется на коммунальной установке по очистке сточных вод в центре отдыха и развлечений в горах и пока вся документация по результатам применения этого способа еще изучается. Для загрузки установки по очистке воды характерно, что пик работы установки приходится на зиму и лето. Наивысшая гидравлическая нагрузка в час составляет 200 м³, а в межсезонье она равна 100 м³. Для установки характерно также значительное отклонение пиковых показателей загрузки по содержащим веществам зимой и летом. Средняя концентрация загрязнения в сезон и в межсезонье представлена в табл. 1.

Пример 2. Использование предлагаемого метода биологической очистки для очистки свиной навозной жижи находится в стадии изучения. Свиная жижа представляет из себя пример чрезвычайно загрязненных сточных вод, содержащих концентрацию органических веществ, азота и фосфора, которая превосходит концентрацию коммунальных стоков на порядок. Документация по результатам применения способа согласно изобретению тоже в порядке.

Входные данные сливных стоков после механической сепарации грубых компонентов представлены в табл. 2.

Использовалась регулируемая система аэрации, а именно интенсивность в процессе циркуляции изменялась постепенно в зависимости от времени контролируемого процесса аэрации согласно изобретению.

Полученные выходные параметры представлены в табл. 3.

На фиг. 8 - 11 представлено модульное осуществление изобретения, основанное на базовом модуле циркуляционного контура. При добавлении к базовому модулю других модулей циркуляционного контура было достигнуто повышение производительности реактора.

Количество добавляемых модулей может быть различным, что позволяет изготовить реактор с мощностью, отвечающей потребностям, путем подбора модулей.

На фиг. 9 и 10 представлено (в поперечном разрезе) предпочтительное решение по изготовлению многосекционной установки, собранной из нескольких прилегающих модулей без какой-либо перегородки между ними.

На этом примере экспериментального осуществления изобретения бак, имеющий форму прямоугольника, с окружающей стеной 1 разделен системой вставных перегородок 2 на функциональные полости для процессов биологической активации очистки сточных вод и для сепарации флокулянтных суспензий посредством фильтра с флюидизированным материалом таким же образом, как и в базовом модуле циркуляционного контура. Отличие конструкции заключается в том, что сепарационные полости 4 делят полость активации в распределительном канале 5 и имеются новые впускные напорные каналы 9, распределительные каналы 5 такие же, как и в одиночном базовом модуле, в то время как в одиночном базовом модуле впускной напорный канал 9 отсутствует и образуется он по существу двумя противостоящими напорными каналами 7 базового модуля. Распределительные каналы 5 и впускные напорные каналы 9 закрыты с одного конца торцевыми частями 6, которые полностью перекрывают сепарационные полости 4 и распределительные каналы 5. Тем не менее в конце впускных напорных каналов 9 торцевые части 6 имеют отверстия, которые образуют проходы 25, посредством которых впускные напорные каналы 9 сообщаются с обводным напорным каналом 7 (фиг. 8). Проходы 25 имеют такую же форму, что и проходы базового модуля. Напорные каналы, например обводной напорный канал 7 и впускной напорный канал 9, при любом осуществлении изобретения располагаются вдоль своих продольных сторон и полностью отделены от прилегающих полостей, особенно от сепарационных полостей 4.

Напорные каналы, такие как впускной напорный канал 9 и обводной напорный канал 7, предназначены для того, чтобы упростить конструктивное решение, потому что обводной канал 7 располагается вдоль окружающей стены 1 бака, и активирующая смесь поступает сначала во впускной канал 9 и лишь затем в распределительный канал 5. Но их предназначение осуществлять напор является более существенным для обоих вышеупомянутых каналов, поскольку оба канала предназначены для создания поршневого движения активирующей смеси, для выдавливания активирующей смеси из этих напорных каналов без разрешения и также без изменения объема потока в этих каналах, подсоединенных в определенном порядке.

Сепарационные полости 4 и впускные напорные каналы 9 на другом конце полностью закрыты торцевыми стенками 6¹. В этих торцевых стенках 6¹ также имеются отверстия и в местах их образования создаются проходы 26 таким же образом, как и в вышеупомянутом базовом модуле, в котором распределительный канал 5 сообщается через проходы 26 с обводным напорным каналом 7. Сепарационные полости 4 для фильтрации через слой флюидизированного материала соединены с распределительными каналами 5 таким же образом, как и в базовом модуле. Между соседними модулями циркуляционного контура нет окружающих стенок 3, данный вариант осуществления реактора имеет три модуля, таким образом путем добавления двух модулей к каждому из них появится напорный канал 9, как упомянуто выше.

Модуль, представленный на примере осуществления изобретения на фиг. 8 - 11 при перпендикулярном расположении к соседним модулям, модифицирован. В отличие от отдельного базового модуля согласно фиг. 1 - 5 этот модифицированный базовый модуль не имеет прохода 26, образованного в торцевой стенке 6¹, поэтому распределительные каналы 5 закрыты с обеих сторон. Так распределительный канал 5 этого модифицированного базового модуля (фиг. 8) не сообщается с обводным напорным каналом 7 модифицированного базового модуля. Кроме того, сепарационные полости 4 разделены на две части, а между ними расположен приемный поддон 35. В этих целях установлены два отбойника (фиг. 8).

Модифицированный базовый модуль отделяется от соседних модульных систем перегородкой-стенкой 34, в которой образованы проходы 41, обозначенные стрелками (фиг. 8). Проход 41 всегда связывает обводной канал 7 модифицированного базового модуля с входом в впускные напорные каналы 9 соседних модулей. Обводной напорный канал 7 соседних модулей подсоединен через межсоединение 30, например, посредством труб к распределительным каналам 5 модифицированного базового модуля (фиг. 8). Отводы 27 собирающей магистрали 13 направляются в приемный поддон 35. В объем предлагаемого изобретения входит также создание других модификаций соединений между соседними модулями и перпендикулярно расположенным модифицированным базовым модулем.

Функция реактора согласно фиг. 8 - 11 по существу идентична функции базового модуля в циркуляционном контуре, описанном выше. Необработанная вода стоков поступает в приемный поддон 35, откуда вода, перемешанная с загустевшей активирующей смесью, направляется на участок между приемным поддоном 35 и перегородкой-стенкой 34. Затем она поступает в обводной напорный канал 7 модифицированного базового модуля (фиг. 8, внизу). После чего она направляется по обеим сторонам через обводной напорный канал 7 к перегородке-стенке 34 и через проходы 41 в вышеупомянутой перегородке-стенке во впускные напорные каналы 9 соседних модулей (фиг. 8), откуда она поступает в обводной напорный канал 7 (фиг. 8, вверху). Активирующая смесь далее течет по обводным напорным каналам 7 по обеим сторонам бака. Она продвигается далее по обводному напорному каналу 7 вдоль модифицированного базового модуля и поступает в распределительные каналы 5 соседних модулей через проходы 26 и также в распределительный канал 5 базового модуля через межсоединения 30, обеспеченное, например, трубами. Из распределительных каналов 5 активирующая смесь поступает в сепарационные полости 4, как упомянуто выше. Загустевшая активирующая смесь из сепарационных полостей 4 отводится собирающим устройством, прежде всего собирающей магистралью 13, и через отводы 27 - в приемный поддон 35.

Еще одной альтернативой устройства согласно изобретению (не показан) является круглый бак, в котором напорные каналы 9 и 7, распределительные каналы 5 и сепарационные полости 4 размещены так же, как это показано на примере осуществления изобретения на фиг. 8. Отличие сводится к тому, что длина сепарационных полостей 4 и профиль обводных напорных каналов 7 подогнаны под форму бака. Вышеупомянутый вариант осуществления особенно пригоден для реконструкции широкораспространенных круглых отстойников, например, в уже существующих и в широко используемых муниципальных установках по очистке сточных вод традиционного типа для улучшения количественных и качественных показателей. Путем реконструкции круглых отстойников в уже существующих муниципальных сооружениях по очистке сточных вод можно сохранить мусорозадерживающий мост (не показан) и использовать его для доступа к отдельным местам бака реактора при проведении рабочего контроля.

Функция реактора в это же время по существу идентична с функцией предшествующих реакторов, проиллюстрированных выше, особенно с функцией реактора согласно фиг. 8 - 11.

Еще один вариант устройства согласно изобретению представлен на фиг. 12 и 13.

В прямоугольном баке за счет окружающей стены 1, вставных перегородок 2 и торцевых стенок 6 и 6¹ созданы две продольные сепарационные полости 4, выступающие кверху. Желательно, чтобы нижняя часть перегородок 2 подсоединялась к днищу бака, а верхняя часть - к несущей конструкции (не показана). Сепарационные полости 4 образуют в баке между перегородками 2 и торцевыми стенками 6 и 6¹ распределительный канал 5, который является частью полости активации. Торцевая стенка 6 сепарационной полости 4 доходит до окружающей стены 1 и образует таким образом перегородку-стенку 28, которая подобно предыдущей альтернативе отделяет обводной напорный канал 7. Другая торцевая стенка 6¹ не только закрывает сепарационные полости 4, но и отделяет также распределительный канал 5 от обводного напорного канала 7. Обводной напорный канал 7 является сквозным напорным каналом, он не сообщается с какой-либо другой полостью кроме распределительного канала 5, который связан с ним.

В противоположной торцевой стенке 6 имеется проход 24 в распределительный канал 5. Сепарационная полость 4 соединена по всей своей длине с распределительным каналом 5 и благодаря этому также с полостью активации через только один проход 19, который расположен по меньшей мере в одном отверстии перегородки 2 у днища бака (фиг. 13). Проход 19 может быть выполнен вдоль всей ее длины или он может быть выполнен как ряд небольших отверстий в перегородке 2 сепарационной полости 4.

Предпочтительно, чтобы перегородки 2 имели в поперечном сечении форму дуги (фиг. 2). Вверху перегородки 2 отходят друг от друга и кверху и тем самым образуют сепарационную полость 4 призматического типа для фильтра из флюидизированного материала. В это же время у днища бака перегородки 2 расходятся друг от друга и между ними размещается перфорированная собирающая магистраль 13, которая подсоединяется к насосной установке 25. Для изготовления перегородки 2 может быть использован гладкий или профилированный материал. Желательно, чтобы профилирование выполнялось сверху вниз к днищу, что приводит к образованию невысоких ребер на поверхности перегородок 2.

На участке прохода 19 к перегородкам 2 пристраивается по меньшей мере один отбойник 20 со стороны полости активации, т.е. со стороны распределительного канала 5. Он предназначен для отделения потока активирующей смеси в распределительном канале 5 от потока в сепарационной полости 4. Желательно, чтобы отбойник 20 был закреплен на перегородке 2, ориентирован в вертикальной плоскости и размещался вдоль всей длины перегородки 2. На перегородке 2 вдоль ее длины можно разместить ряд отбойников, связанных друг с другом. Отбойник 20 устанавливается в нижней части перегородки 2, причем его нижний край располагается поверх нижнего края перегородки 2, но максимально он доходит до уровня края перегородки 2. Тем не менее отбойник 20 можно не устанавливать. В тех случаях, когда отбойник 20 применяется, он ограничивает переход турбулентности из полости активации в сепарационную полость. Его эффективность может быть выше при использовании профилированных перегородок 2 или даже при гладких сепарационных стенках там, где профилирование сделано только на участке крепежа отбойника 20, где он прикреплен к ребрам профильной части перегородки 2 и таким образом не прилегает плотно к сепарационной стенке на всем участке узла крепления. Таким путем небольшая часть активирующей смеси между отбойником 20 и перегородкой 2 подходит к участку прохода 19, препятствуя при этом переходу турбулентности из распределительного канала 5 полости активации.

Насосная установка 41 состоит из корпуса насоса, в который подводится собирающая магистраль 13 и который закреплен на днище бака, и из рабочего колеса, которое подсоединено через вал к погруженному электромотору, желательно реверсивного типа. При монтаже вращающихся частей насосной установки 41 учитывается возможность их поднятия выше уровня реактора во время его работы.

К насосной установке 41 подводится собирающий трубопровод из другой сепарационной полости 4, так как насосная установка 41 является общей. При большой длине сепарационных полостей 4 предпочтительно, чтобы насосная установка размещалась посередине распределительного канала 5. В этом случае к насосной установке подводятся четыре собирающих трубопровода 13 с обеих прилегающих сепарационных полостей 4, два - всегда и два - с каждой из сторон. При большой длине реактора можно разместить несколько насосных установок друг за другом, чтобы уменьшить длину собирающего трубопровода 13 до 12 м, что является оптимальным для собирающей системы.

В качестве блока питания в насосной установке 41 использован электромотор 42. На непоказанной несущей конструкции установлен подъемный механизм (не показан). Реверсивный электромотор 42 и вращающееся колесо насосной установки 41 имеют скользящую посадку на направляющих, которые устанавливаются перпендикулярно к днищу бака. Благодаря наличию такого подъемного механизма подводный реверсивный электромотор 42 и вращающееся колесо насосной установки 41 на этих направляющих (не показаны) могут быть подняты из бака даже без его опорожнения. Насосная установка 41 и ее блок питания модифицированы, чтобы обеспечить возможность движения потока активирующей смеси в собирающей магистрали 13 в обратном направлении.

В начале распределительного канала 5 и таким образом в начале полости активации расположено перемешивающее устройство 46 для смешения активирующей смеси с необработанными сточными водами. Выпускной трубопровод 43 насосной установки 41 подводится за перегородку-стенку 28 в начале обводного канала 7 и подсоединяется к перемешивающему устройству 46, куда подсоединен также подвод 22 необработанных сточных вод.

При объединении в единую систему обводного канала 7, распределительного канала 5, сепарационной полости 4 и собирающей системы, включающей собирающую магистраль 13 и насосную установку 41, создается внутренний циркуляционный контур. Из вышеприведенных данных известно, что собирающая магистраль 13 могла бы быть использована также в качестве рециркуляционной магистрали, поскольку через нее активирующая смесь возвращается обратно в циркуляционный контур.

Обводной канал 7 и распределительный канал 5 снабжены системой аэрации, включающей ряд перфорированных эластичных аэрационных шлангов 47, подсоединенных к общей распределительной системе 44 сжатого воздуха. Предпочтительно, чтобы отверстия (не показаны) в перфорированных эластичных аэрационных шлангах 47 были небольшими для образования гладких пузырьков при аэрировании. Каждый аэрационный шланг 47 снабжен независимым клапаном 45 или регулятором (не показан) для контроля за интенсивностью аэрации. На интенсивность аэрации в соответствии с нуждами процесса очистки можно оказывать влияние путем размещения различного количества аэрационных шлангов в разных местах обводного канала 7 и распределительного канала 5. Контроль за интенсивностью аэрации в зависимости от времени может быть обеспечен также путем установки нагнетателя (не показан) с регулируемой скоростью вращения или путем размещения ряда нагнетателей и запуска их по мере необходимости. При предпочтительном размещении аэрационных шлангов 47 в полости активации аэрационные шланги устанавливаются в двух ответвлениях, каждое из которых может иметь по несколько аэрационных шлангов 47. Эти ответвления расположены взаимно у противоположных сторон поперечного сечения обводного канала 7, как правило, около днища бака.

В верхней части сепарационной полости 4 предусмотрены перепускные каналы 15 для удаления очищенной воды после фильтрации через слой флюидизированного материала.

Альтернативный вариант согласно фиг. 12 и 13 работает так же, как и предыдущие варианты.

Предметом изобретения является интегрированный реактор для биологической очистки воды, в котором сепарационные полости 4 для сепарации суспензии активного ила посредством фильтрации через слой флюидизированного материала встроены в полость активации.

В процессе встраивания сепарационных полостей 4 создается система каналов, причем вышеупомянутые каналы соединяются между собой в таком же порядке, как это было описано выше.

Необработанные сточные воды подводятся через впускной трубопровод к перемешивающему устройству 46 в начале обводного канала 7 в направлении потока за перегородку-стенку 28, куда насосная установка 41 подает также рециркулирующую активирующую смесь из сепарационных полостей 4. В перемешивающем устройстве 46 необработанные сточные воды хорошо смешиваются с рециркулирующей активирующей смесью. Вкрапливание органических веществ, находящихся в необработанных сточных водах, в активирующую смесь вызывает временное снижение содержания растворенного кислорода, в результате чего в начале обводного канала 7 создается бескислородная зона для процессов денитрификации.

Нахождение активного ила во взвешенном состоянии в этой бескислородной части активации поддерживается аэрацией при очень небольшой интенсивности, которой достаточно для удержания суспензии во взвешенном состоянии, но которая не изменяет аноксидных условий для процесса денитрификации, вследствие этого количество аэрационных шлаков 47 в этой части обводного канала 7 уменьшено. Для улучшения рабочих условий можно оборудовать эту часть обводного канала 7 механическим источником перемешивания (не показан), который позволит полностью отказаться от аэрации в этой части активации.

Ход процесса денитрификации контролируется путем измерения параметров активирующей смеси с помощью датчиков (не показаны), которые передают импульсы в блоки питания нагнетателей. Таким путем осуществляется изменение их скорости вращения и количества подаваемого воздуха. За счет снижения аэрации зона денитрификации в обводном канале 7 расширяется, в результате возрастает интенсивность денитрификации. Этот процесс можно полностью автоматизировать.

Во время поршневого движения активирующей смеси через обводной канал 7 количество растворенного кислорода постепенно повышается, причем этот процесс является следствием повышенной интенсивности аэрации и снижения количества биодеструкционных веществ. Таким путем создается окислительная среда для процессов аэробной активации биодеструкции органических веществ и для нитрификации аммиачного и органического азота. Если аэрационные шланги 47 расположены в двух ответвлениях, расположенных у противоположных сторон поперечного сечения обводного канала 7, можно чередовать подачу воздуха в эти ответвления с помощью клапана 45 или регуляторов (не показаны), чтобы подавать воздух попеременно сначала в одно ответвление, а затем и в другое. Например, во время подачи воздуха в левое ответвление начинается циркуляционное движение активирующей смеси в поперечном направлении. При прекращении подачи воздуха в левое ответвление и начале подачи воздуха в правое ответвление начинается движение потока воздуха и активирующей среды в противоположном направлении. Активирующая смесь в силу инерции продолжает свое до сих пор имеющее место циркуляционное движение в поперечном направлении вплоть до момента, пока ее продвижение не будет остановлено потоком воздуха. После остановки она начинает движение в обратную сторону.

Такие рабочие циклы могут постоянно повторяться с помощью средств регулирования. Так время пребывания воздуха в активирующей смеси увеличивается, в результате этого повышается переход кислорода в активирующую смесь. Еще одним результатом создания противотока воздуха и активирующей смеси является более эффективное пребывание активного ила во взвешенном состоянии.

В распределительном канале 5 перед входом в сепарационную полость 4 интенсивность аэрации может быть отрегулирована таким образом, что количество растворенного кислорода, подходящего к слою флюидизированного материала фильтра в сепарационной полости 4, полностью обеспечивает окислительные условия в течение всего процесса сепарации.

Короткий период пребывания активирующей смеси в сепарационной полости во время фильтрации через слой флюидизированного материала, что является следствием небольшого объема, в котором происходит сепарация, также способствует созданию оптимальных окислительных условий во время сепарации посредством фильтрации через слой флюидизированного материала. Это является результатом призматической формы сепарационной полости 4 и высокой скорости фильтрации через слой флюидизированного материала.

Описанный процесс очистки сточных вод посредством биологической активации при создании чередующихся аноксидных и окислительных условий в циркуляционном контуре вызывает накопление фосфора из сточных вод в активном иле. Во время последующей сепарации избыточного активного ила в сепарационной полости строгие условия окисления препятствуют обратному высвобождению накопленного фосфора в очищенную воду. Таким путем могла бы быть получена высокая эффективность процесса биологической очистки даже там, где вопрос касается удаления фосфора из сточных вод. После фильтрации через слой флюидизированного материала чистая вода выводится в каналы 15.

Как было описано, сепарационная полость 4 соединяется с распределительным каналом 5 только через один проход 19, у которого устанавливается один или несколько отбойников 20 потока. Такое простое решение впуска активирующей смеси в сепарационную полость 4 стало возможным благодаря интенсивной рециркуляции активирующей смеси в циркуляционном контуре с ее удалением около дна сепарационной камеры 4 через собирающую магистраль 13. Интенсивность циркуляции активирующей смеси в циркуляционном контуре оказывает влияние в это же время на эффективность процессов денитрификации согласно формуле, упомянутой при рассмотрении первого альтернативного варианта.

Активный ил, отделенный в сепарационной полости 4 во время процесса фильтрации через слой флюидизированного материала, отсасывается со дна сепарационной полости 4 и вместе с циркулирующей активирующей смесью удаляется из распределительного канала 5 активации, т.е. из процесса активации. Интенсивность потока в нижней части сепарационной полости 4 благодаря рециркуляции активирующей смеси противодействует передаче возмущенья из распределительного канала 5, подвергнутого аэрации, в сепарационную полость 4. Таким путем обеспечивается стабильность фильтрации через слой флюидизированного материала в сепарационной полости 4 и высокая эффективность сепарации. Наличие лишь одного прохода 19 между полостью активации и сепарационной полостью, расположенного у днища бака, значительно упрощает конструкцию сепарационной полости 4. Это позволяет использовать самонесущую структуру оболочки для строительства сепарационной полости 4, которая состоит лишь из двух элементов, а именно - двух разделительных стен 3. Эти стены крепятся непосредственно к днищу бака, а вверх - к поддерживающей структуре (не показана).

Система подсоединения нескольких собирающих трубопроводов 13 к одной насосной установке 41, использование в отдельных случаях нескольких насосных установок позволяют также поддерживать оптимальную длину собирающего трубопровода 13 для больших мощностей установок по очистке сточных вод, длина сепарационных полостей которых может составлять несколько сотен метров.

Реверсивный режим работы насосной установки используется для промывки собирающего трубопровода обратным потоком воды.

Способ и устройство согласно изобретению пригодны как для строительства новых установок по очистке сточных вод, так и для реконструкции существующих до настоящего времени традиционных установок по очистке воды с отдельными баками для активации и осаждения, особенно для крупных сооружений большой мощности.

Следовательно настоящее изобретение может быть использовано для относительно простой реконструкции вышеупомянутых существующих установок по очистке сточных вод в целях усиления их интенсификации, а именно - для повышения их мощностей и эффективности очистки, включая удаление фосфора и азота.

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод посредством биологической активации, в котором очистка сточных вод осуществляется биологически в процессе автивации, во время которого происходит нитрификация и денитрификация, отличающийся тем, что активирующая смесь вводится в циркуляцию циркуляционного контура, причем по меньшей мере часть циркуляционного контура, предназначенного для денитрификации и нитрификации, имеет поршневой режим движения и обеспечивается поочередно срабатываемыми продольными напорными каналами в условиях аэрирования с помощью аэрирующих элементов, по завершении каждой части циркуляции потока с поршневым режимом движения очищенная вода отводится посредством фильтрации через слой флюидизированного материала и ил, отделенный посредством фильтрации через слой флюидизированного материала и перемешанный с активирующей смесью в виде концентрированной активирующей смеси, направляется средствами принудительного движения в начало первого напорного канала в то же самое место в начале первого напорного канала, куда подводятся необработанные сточные воды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что за один и тот же период времени количество очищенной воды, выводимой из циркуляционного контура посредством фильтрации через слой флюидизированного материала, меньше количества активирующей смеси, циркулирующей в циркуляционном контуре.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что активирующая смесь, смешанная с необработанными сточными водами, постепенно окисляется аэрированием при одновременном поддержании активного ила в диспергированном состоянии, пока концентрация растворенного кислорода в активирующей смеси поддерживается на уровне по меньшей мере 2 мг кислорода на 1 л активирующей смеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрация осуществляется аэрированием под давлением с изменяющейся интенсивностью как функция времени и/или места в циркуляционном контуре.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность циркуляции активирующей смеси по меньшей мере в два раза выше, чем интенсивность потока очищенной воды.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что активирующаяся смесь вносится в циркуляционный контур через подачу необработанных сточных вод дренированием очищенной воды и посредством принудительной подачи активирующей смеси, загустевшей в результате сепарации, в циркуляционный контур после завершения процесса сепарации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенная вода отводится во время каждого цикла циркуляции посредством фильтрации через слой флюидизированного материала из части циркулирующей активирующей смеси.

8. Устройство для биологической очистки сточных вод, которое имеет в едином баке полость активации и продольные сепарационные полости, расширяющиеся кверху, из которых производится отбор очищенной воды, и каждая сепарационная полость ограничена перегородками и торцевыми частями, и каждая полость сообщается с полостью активации у одной продольной стороны, около которой образуются обособленные продольные каналы между перегородками и сепарационными полостями и между перегородками и стенками бака, в которых размещаются аэрирующие элементы, отличающееся тем, что всегда имеются две сепарационные полости, смежные друг с другом по продольной стороне, в которых образуются сообщающиеся связи с полостью активации, и продольный распределительный канал, образованный между упомянутыми продольными стенками, полностью закрытый торцевой стенкой с одной стороны, в то время как на другой стороне имеется канал, посредством которого он соединяется с системой напорных каналов, причем каналы расходятся от сепарационной полости в сторону; система напорных каналов и по меньшей мере один распределительный канал представляют часть циркуляционного контура, при этом еще одну часть циркуляционного контура составляет собирающее устройство, подсоединенное к выпуску активирующей смеси из сепарационной полости, причем упомянутое устройство подсоединено по меньшей мере к одной насосной установке, выходной патрубок которой является началом циркуляционного контура, в то время как подача необработанной воды производится или на приемный участок насосной установки, или на ее выпускной участок и циркуляционный контур оборудован по меньшей мере одним отбойником.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что собирающее устройство расположено около днища сепарационной полости для фильтрации через слой флюидизированного материала, причем сообщающие связи с полостью активации обеспечиваются верхним и нижним отверстиями, при этом оба отверстия размещены на одной и той же стороне сепарационной полости, верхнее отверстие соединено с удлинительной частью сепарационной полости и нижнее отверстие находится около днища, при этом верхнее отверстие меньше нижнего отверстия, что резко снижает сопротивление перед потоком активирующей смеси.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что сепарационная полость соединена с полостью активации через канал, образуемый щелью в перегородке сепарационной полости около днища бака, в то время как собирающая магистраль с входным патрубком для загустевшей активирующей смеси расположена в сепарационной полости около днища бака, при этом собирающая магистраль соединена с насосом, выходной патрубок которого подводится в полость активации.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что циркуляционный контур создается по меньшей мере одним основным модулем, в котором распределительный канал создается двумя внутренними перегородками, а внешние перегородки всегда образуют вместе с внутренними перегородками сепарационную полость и вместе с обводной стенкой бака или с внешней стенкой следующего модуля обводной напорный канал, при этом обводной напорный канал подсоединяется к фронтальной части распределительного канала, а сепарационная полость подсоединяется к его боковой стороне.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что приемный поддон, снабженный насосом, устанавливается в циркуляционном контуре, при этом отводы собирающего устройства, несущие активирующую смесь, подводятся к упомянутому поддону, а отвод от насоса подсоединяется за отбойником в начале напорного канала.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что подвод необработанной воды подсоединяется к приемному поддону.

14. Устройство по п. 11, отличающийся тем, что дополнительные модули идентичного осуществления изобретения пристраиваются к основному модулю в перпендикулярном направлении.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что основной модуль устанавливается таким образом, чтобы его ось проходила через центр бака и дополнительные модули располагались симметрично и перпендикулярно к основному модулю.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что по меньшей мере один дополнительный модуль устанавливается параллельно основному модулю, при этом система параллельных модулей, размещенных таким образом, симметрична оси, проходящей через центр бака.

17. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что размещение аэрирующих элементов на участке приема необработанных сточных вод производится при большем удалении друг от друга, чем в последующих частях циркуляционного контура.

18. Устройство по любому из пп. 8 - 17, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения потока через отверстие в фильтре с флюидизированным материалом составляет больше чем 10% от площади поверхности в сепарационной полости.

19. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что собирающее устройство снабжено по меньшей мере одним насосом, предпочтительно центробежным насосом, который устанавливается в приемном поддоне.

20. Устройство по любому из пп.8 - 19, отличающееся тем, что сепарационная полость для фильтрации через слой флюидизированного материала размещается по всей длине каналов циркуляционного контура, в то время как по всей ее длине устанавливаются впускное устройство для впуска активирующей смеси в сепарационную полость для фильтрации через слой флюидизированного материала и собирающее устройство для отвода загустевшей смеси из сепарационной полости.

21. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в верхней части сепарационной полости размещена ловушка всплывшего ила, причем упомянутая ловушка образована из наклонной крыши, к нижней стороне которой прикреплен подвод воздуха под давлением, при этом верхняя часть снабжена выпускным устройством для всплывшего ила в виде эрлифтного насоса, отводящего ил в полость активации, в то время как вся крыша находится ниже поверхности бака.

22. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на участке прохода к перегородке со стороны полости активации расположен по меньшей мере один отражатель потока.

23. Устройство по пп. 8 и 22, отличающееся тем, что в начале полости активации размещено перемешивающее устройство и впускной патрубок из насоса подсоединен к перемешивающему устройству, в которое осуществляется подача необработанной воды, а выпускной поток из перемешивающего устройства направляется в следующую часть полости активации.

24. Устройство по п.10, отличающееся тем, что насосная установка представляет из себя насос, снабженный подводным реверсивным электромотором.

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что реверсивный электромотор и рабочее колесо насоса имеют скользящую посадку на направляющих, расположены вертикально по отношению к днищу бака.

26. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что насос подсоединен по меньшей мере к двум отводам собирающей магистрали.

27. Устройство по п.10, отличающееся тем, что аэрирующие шланги размещаются в полости аэрации и подсоединены к подаче воздуха под давлением через кран или посредством регулятора.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что аэрирующие шланги размещены в двух ответвлениях, которые взаимно расположены на противоположных сторонах поперечного профиля обводного канала.

Приоритет по пунктам: 15.02.93 - по пп.1 - 9 и 11 - 21; 31.04.94 - по пп.10 и 22 - 28.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17