Многоступенчатый аэротенк-вытеснитель

(51)4 С 02 Г 3/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТРЫТПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ.(54)(57) 1; ИНОГОСТУПЕНЧАТЫИ АЭРО,ТЕНК-ВЫТЕСНИТЕЛЬ, содержащий открытый резервуар коридорного типа, раз"деленный поперечными перегородкамина камеры, трубу для впуска исходнойсточной воды и трубу для выпуска обработанных вод, фильтрующие блоки,аэраторы 1 размещенные в каждой камерепод фильтрующими блоками и у противоположных им стенок резервуара, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения степени очистки иудельной окислительной мощности единицы объема сооружения за счет улучшения 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 боковы" ми стенками и открытых сверху и снизу заполненных рамками с навитыми на них по спирали стеклоершами с шагом, равным диаметру ершей рамкио расположены под углом 75-80 к горизонтальной плоскости в направлении протока очищаемой воды, контейнеры в камерах аэрации образуют отсеки фильтрации и отсеки аэрации, разде ленные 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 щ и й с я тем, что отсек ,аэрации снабжен сплошными поперечными перемычками с высотой, равной глубине резервуара.Изобретение относится к устройствам биологической очистки сточныхЦелью изобретения является повы- .5шение степени очистки жидкости иудельной окислительной мощности единицы объема сооружения за счет улучшния массообменных процессов и сокращ ния экономических затрат. 10На фиг.1 изображено предлагаемоеу 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 - аэротенкв; аксонометрии; на фиг,5 - кинет 11 ческая кривая удельных скоростейокисления фенола; на Фиг.6 - изменение объема бетона в зависимости откОличества ступеней; на фиг.7 - изменение окислительной мощности ершейи сооружения от угла наклона рамок вкОнтейнере; на Фиг.8 - изменение количества прикрепленных клеток микроорганизмов на стеклоершах от скоростидВижения жидкости В зоне Фильтрации; 25н фиг.9 - изменение окислительноймощности сооружения по окислению фенолао 1 средней скорости жидкости в зонефлльтрации; на фиг. 10 - изменение отношения фактического времени пребывания 30к расчетному от расстояния между попречными перемычками в зоне аэрации.В прямоугольном резервуаре 1, содержащем трубу 2 для впуска исходнойсФочной воды и трубу 3 для выпускаобработанных вод, установлены сплошные поперечные перегородки 4 с упоромв днище.Перегородки 4 разделяют резервуар1 на несколько камер 5, В каждую камеру 5 помещены контейнеры 6, содержащие рамки 7, наклоненные к горизонтальной плоскости под углом 75-80",на которые по спирали навиты стелоерши 8, сплошные боковые стенки 9,контейнеры выполняют функцию продольНых перегородок, которые разделяюткаждую камеру 5 на отсек аэрации 10и отсек фильтрации, соответствующийсодержимому контейнеров 6,В отсеке аэрации установлены сплошные поперечные перемычки 11 с высогой,равной глубине резервуара. Кроме того, вкаждую камеру 5 введены два аэратора;55аэраторы 12 расположены мажду кон 1 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 имееттрубу 16 опорожнения, расположеннуюу дна 15 резервуара 1 с задвижкой 17,Сплошные поперечные перегородки 4имеют водопропускные окна 18, расположенные в верхней части перегород".ки 4.Контейнеры 6, установленные в каждой камере 5, образуют отсеки аэрациин фильтрации с соотношением шириныотсека аэрации к ширине отсекафильтрации от 0,25 до 0,125. Боковые стенки 9 контейнеров 6 образуют сплошную продольную перегородкумежду 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, последовательнопроходя все камеры 5 и контактируяс микроорганизмами, прикрепленнымина ершах 8. Через аэраторы 12 осуществляется подача воздуха в отсекаэрации 10, При этом возникает циркулирующий поток жидкости через отсеки аэрации и фильтрации. В отсеке аэрации происходит насыщение кислородомобрабатываемой жидкости, а в отсекефильтрации - потребление растворенногокислорода микроорганизмами, закрепленными на ершах 8. Обрабатываемаяжидкость в камерах 5 движется поступательно от входа к выходу камер,вовлекаясь в циркуляцию между отсеками аэрации и фильтрации. С цельюисключения транзитных потоков жидкости между входом и выходом камер 5через отсек аэрации в последнем установлены сплошные поперечные перемычки 11 высотой, равной глубине резер. -вуара 1,В результате жизнедеятельностимикроорганизмов и адгезии на волокнах ершей механических примесей происходит постепенное эаиление ершей.С целью удаления избыточной биомассымикроорганизмов и сгустков механических примесей производится периодическая регенерация ершей 8 в отсекефильтрации путем подачи воздуха черезаэраторы 14 с одновременным опорожнением камеры 5.Разделение резервуара 1 на несколько последовательно сообщающихся между собой камер 5 обусловлено необхо 1463721димостью создания в каждой камере наиболее бпагоприятных условий для культивирования специализированных биоценозов,установка в резервуаре по меньшей мере двух сплошных, поперечЬ ных с водопропускным окном в верхней части, перегородок обеспечивает раз- . деление его на три камеры. Нижний пределколичества камер, равный трем, 10 назначается при использовании многоступенчатого аэротенка-вытеснителя в качестве сооружения для доочистки биологически очищенных городских сточных вод. В каждой камере аэротен 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 микроорганизмы третьего трофического уровня: чер-. ви, клещи, улитки, рачки, питающиеся хлопками активного ила, простейшими, 30 коловратками и обеспечивающие высокую прозрачность доочищенной сточной .жидкости.Назначение верхнего предела коли;.чества камер в сооружении обосновывается оптимизационными расчетами для высококонцентрированных. много- компонентных по составу сточных вод. Расчеты, выполненные на ЭВМ ЕСдля различных категорий сточных вод 40 с учетом кинетической кривой окисления органических веществ микроорганизмами, показаличто 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"строена кинетическая кривая окисления . фенола фенолразрушающими микроорга-низмами.(фиг.5), Затем, разделяя восходящую вет.1 ь 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 отсека 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 увеличения количества 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 практическивсе пузырьки газа-воздуха, движется с максимальной скоростью и имеет форму конуса с углом раскрытия около 10-12 о. 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 микроор 1463721ганизмами в зависимости от средней скорости фильтрации. При скоростифильтрации циркуляционных потоков жидкости0,1 "0,25 м/с получена максимальнаяокислительная мощность аэрационногосооружения с прикрепленными микроорганизмами. При превышении верхнего предела скорости фильтрации происходитснижение окислительной мощности за 10счет срыва значительного количествабиомассы с поверхности загрузки ивыноса ееиз сооружения. При скорости фильтрации менее 0,1 м/с тоженаблюдается снижение окислительной 15мощности сооружения, хотя на поверхности загрузки удерживаются большие,происходи" в результате ухудшениямассобмена между прикрепленными клет пками микроорганизмов и обрабатываю",щей жидкостью.Поэтому можно считать, что оптимальный диапазон скоростей фильтрациисквозь стекловолокнистую загрузку 25составляет 0,1-0,25 м/с, что соответствует соотношению ширины зоны фильтрации к ширине зоны аэрации от 4: 1до 8:1,1Выполнение приспособления для ЭОудерживания микроорганизмов в видеконтейнера, заполненного рамками снавитыми на них по спирали ершами,,необходимо для удобства монтажа и35эксплуатации сооружения. По мере износа ершей их замена внутри сооружения связана с антисанитарией и плохи"ми условиями труда, а при контейнерном исполнении замена ершей на рамках может быть выполнена в специально оборудованных мастерских.Оптимальный угол наклона рамок снавитыми на них стеклоершами диаметром 50 мм к горизонтальной плоскостисоставляет 75-80 при условии, что 45шаг навивки на рамку постоянен иравен диаметру ершей. С ростом угланаклона рамок в пределах от 45 доо90 увеличивается длина ершей, а следовательно, и их поверхность для адсорбции микроорганизмов на единицуобъема сооружения за счет заполнениярамками с наполнителем пустотных зон вначале ив конце каждой секции сооружения.55 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 изменениеокислительной мощности сооружения,удельной длины ершей и нагрузки поорганическим загрязнениям от угланаклона рамок к горизонтальной плоскости,Приспособление для удерживаниямикроорганизмов, выполненное в видеконтейнера, устанавливается на днерезервуара в отсеке фильтрации. Причем расстояние между днищем резервуара и контейнером составляет не менее0,3 м. Такой зазор принят для создания в природной зоне минимальных скоростей более 0,4 м/с, обеспечивающихвымывание возможных отложений. Верхконтейнера находится не зеленее чем на0,2 м ниже уровня водосливных кромок в сплошных поперечных перегородках. Защитный слой жидкости над контейнером позволяет формировать одинаковое поле скоростей по всей ширине отсека фильтрации в циркуляционномпотоке жидкости, омывающем поверхность загрузки, и осредняет эпюрыскоростей по всем живому сечению.Переток очищаемой сточной жидкостииз одной камеры в другую осуществляетсячерез водопереливы, устроенные вверхней части сплошных поперечных перегородок. Такое расположение водоперелива не допускает смешения обрабатываемых сточных вод по камерам,а в случае регенерации одной из камераэротенка исключает переток в неежидкости из соседник,В отсеке аэрации через 2-3 м устанавливаются поперечные сплошные перемычки, имеющие высоту, равную глубинерезервуара.За счет поперечных перемычек, установленных в отсеке аэрации, увеличивается время контакта прикрепленных клеток микроорганизмов с обрабатываемой жидкостью путем исключениятранзитных потоков воды через отсекаэрации, что приводит к увеличениюскорости циркуляционных потоков иулучшению процессов массообмена втолще самой загрузки, а также к росту окислительной мощности биореактора. Оптимальное расстояние найденоэкспериментально путем введения впоступающий поток трассера (расвор1463721 Сооружение Удельная скорость роста клеток. микроорганизмов, сутГлюкоза Фенол Пример Зкономический коэффициент выходаклеток микроорга"низмов, г/г Глюкоза Фенол 1 Биотенк первой ступени2 Биотенк второй ступени3 Биотенк третьей ступени 4 Одноступенчатый аэротенк- смеситель 5,9 0,89 0,34 0,68 3,07 044 0,31 0,55 0,45 0,20 0,36 0,66 0,096 Таблица 2 Объем беОбщее время Количест во окисДлинаэрот емя Площад стен и оли- еств дельн корос аботки а стуна н строительство аэрорао регорок, м сле- феазна аемых тупе но тупениг/л енка,л о й е ч 4 6 4 13 4 8 9,8 1361432 166,4 9,16 6 4 3,3,5 48,9 3 40 7поваренной 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 фильтрации 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 1