Система биологической очистки сточных вод

 

Использование: очистка хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, имеющих температуру 6-18°С, путем предварительного подогрева их за счет переохлаждения очищенных сточных вод. Сущность изобретения: система биологической очистки сточных вод содержит аэротенк, вторичный отстойник, трубопровод подачи исходных сточных вод в аэротенк, перепускные трубопроводы иловой смеси и возвратного ила, трубопровод очищенных сточных вод. Новым в системе является применение двух теплообменников, установленных последовательно с возможностью взаимодействия с исходными сточными водами, а также теплового насоса с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем. При этом первый теплообменник подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после вторичного отстойника, второй теплообменник посредством циркуляционного контура соединен с конденсатором, а испаритель подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после первичного теплообменника. 1 ил.

Изобретение относится к биологической очистке хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано, например, в угольной промышленности.

Известна установка для очистки сточных вод, содержащая аэротенк, отстойник, трубопроводы подачи исходных сточных вод и иловой смеси из аэротенка в отстойник, возврата активного ила и удаления осадка [1] Недостатком данной установки является недостаточная эффективность очистки сточных вод, что выражается в низком качестве очистки вследствие малой активности микроорганизмов при температурах ниже 15-20^оС.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) к заявляемому решению является система биологической очистки сточных вод, содержащая аэротенк, соединенный трубопроводом иловой смеси с вторичным отстойником, трубопровод подачи исходных сточных вод в аэротенк, напорный и всасывающий трубопроводы возвратного активного ила из вторичного отстойника в аэротенк и насосную станцию, снабженную перепускными трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, присоединенными к напорному трубопроводу возвратного ила и трубопроводу иловой смеси. Система снабжена также аэрационной емкостью, установленной на перепускном трубопроводе, а также дополнительным перепускным трубопроводом с запорно-регулирующей арматурой, соединенным с трубопроводом иловой смеси и всасывающим трубопроводом возвратного ила [2] Недостатком данной системы является то, что поступающие на очистку сточные воды имеют температуру значительно ниже оптимальной и процесс очистки характеризуется малой эффективностью и значительными остаточными концентрациями как по взвешенным веществам, так и по органическим загрязнениям.

Как показал проведенный анализ качества очистки хозяйственно-бытовых сточных вод ряда предприятий угольной промышленности и прилегающих поселков на установках биологической очистки, остаточные концентрации загрязнений имеют явно выраженную тенденцию к росту в зимний период года, а также устойчиво коррелируют с суточными изменениями температуры сточных вод. При неблагоприятном температурном режиме остаточные концентрации загрязнений в очищенных водах составляли по взвешенным веществам свыше 40 мг/дм³, по органическим веществам до 49 мг/дм³, что превышает установленные нормы на сброс.

Указанные причины затрудняют применние установки известного типа в районах с умеренным климатом при отсутствии горячего водоснабжения на объектах, стоки которых подлежат очистке. В районах с холодным климатом (Урал, Сибирь, Крайний Север) установки известного типа практически не применяются.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод.

Цель достигается тем, что система биологической очистки сточных вод, содержащая аэротенк, соединенный трубопроводом иловой смеси с вторичным отстойником, трубопровод подачи исходных сточных вод в аэротенк, напорный и всасывающий трубопроводы возвратного активного ила из вторичного отстойника в аэротенк, насосную станцию, перепускные трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, присоединенные к напорному трубопроводу возвратного ила и трубопроводу иловой смеси, а также к трубопроводу иловой смеси и к всасывающему трубопроводу возвратного ила, и трубопровод очищенных сточных вод, снабжена двумя теплообменниками, установленными последовательно с возможностью взаимодействия с исходными сточными водами. Система содержит также тепловой насос с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем. При этом первый теплообменник подключен к трубопроводу очищенных вод после вторичного отстойника, второй теплообменник посредством циркуляционного контура соединен с конденсатором, а испаритель подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после первого теплообменника.

В заявляемой же системе подогрев исходных сточных вод осуществляется до температуры, превышающей температуру выходящих из отстойника очищенных сточных вод, что позволяет компенсировать потери тепла в окружающую среду при прохождении нагретых сточных вод через систему. Это достигается охлаждением очищенных сточных вод до температуры ниже температуры исходных холодных сточных вод. Отбираемое при таком охлаждении тепло сообщается исходным сточным водам. Описанный процесс осуществляется при помощи теплового насоса.

В силу свойств парокомпрессорного цикла, реализуемого тепловым насосом, на привод входящего в его состав компрессора затрачивается значительно меньшее (в 5-7 раз) количество энергии по сравнению с количеством тепла, отбираемого от очищенных сточных вод и сообщаемого исходным сточным водам.

На чертеже изображена схема системы биологической очистки сточных вод.

Система содержит первичный отстойник 1, аэротенк 2, вторичный отстойник 3, трубопровод 4 исходных вод, трубопровод 5 иловой смеси, насосную станцию 6, напорный и всасывающий трубопроводы 7 и 8 возвратного активного ила, перепускные трубопроводы 9 и 10 с запорно-регулирующей арматурой 11 и 12, трубопровод 13 очищенных сточных вод.

Первый теплообменник 14 установлен на входе исходных сточных вод в систему, например в приемном колодце 15, и подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после выхода из вторичного отстойника 3 и до входа в одну из полостей испарителя 16 теплового насоса 17.

Второй теплообменник 18 установлен также с возможностью взаимодействия с исходными сточными водами (например, в первичном отстойнике 1) после теплообменника 14 и посредством циркуляционного контура 19 с насосом 20 сообщается с одной из полостей конденсатора 21 теплового насоса 17.

Парокомпрессионный тепловой насос содержит компрессор 22, дроссель 23, конденсатор 21, испаритель 16, связанные между собой трубопроводом 24, заполненным хладагентом (например, фреоном-12). На линии 13 очищенных сточных вод установлен насос 25.

Система работает следующим образом.

Исходные сточные воды, подлежащие очистке, имеющие температуру t₁, поступают в приемный колодец 15, где нагреваются до температуры t₂ за счет отбора тепла от потока очищенных сточных вод, протекающих через теплообменник 14. При этом последние охлаждаются от температуры t₃ до температуры t₄.

Охлажденные очищенные сточные воды далее направляются по трубопроводу в одну из полостей испарителя 16 теплового насоса 17, где происходит их дальнейшее охлаждение до температуры t₅ за счет передачи тепла хладагенту, который кипит t₀ < t₅ во второй полости испарителя. Далее очищенные сточные воды удаляются из системы (например, в водоем).

Пары хладагента из испарителя 16 поступают в компрессор 22, где сжимаются до повышенного давления, величина которого определяется температурой конденсации t_к сжатых паров хладагента в одной из полостей конденсатора 21. Выделяющееся при конденсации тепло передается воде, циркулирующей через вторую полость конденсатора 21 в контуре 19 под действием напора, создаваемого насосом 20. Эта вода, в свою очередь, проходя через теплообменник 18, нагревает исходные сточные воды до температуры t₆ < tк.

Жидкий хладагент из конденсатора 21, проходя через дроссель 23, частично испаряется, охлаждается до температуры t₀ и поступает в испаритель 16.

Нагретые исходные сточные воды из первичного отстойника 1 поступают в аэротенк 2, где происходит биологическое разложение органических загрязнений, находящихся во взвешенном состоянии. Обогащение воды кислородом и поддержание во взвешенном состоянии активного ила, осуществляемого очистку воды, производятся аэрационным колесом, встроенным в аэротенк 2. Поскольку поступающие на очистку сточные воды имеют температуру, близкую к оптимальной для развития и деятельности бактерий, то процессы очистки в аэротенке характеризуются устойчивостью, интенсивностью и низкими остаточными концентрациями загрязняющих веществ.

Иловая смесь из аэротенка 2 направляется в отстойник 3. Из последнего очищенные сточные воды по трубопроводу 13 под действием напора, создаваемого насосом 25, поступают в теплообменник 14. Осажденный ил отводится из отстойника 3 по трубопроводам 7, 8. При колебаниях расхода сточных вод открывается задвижка 11 и часть ила пропускается по трубопроводу 10 и вновь поступает на вход отстойника 3.

Кроме того, имеется возможность направлять часть расхода иловой смеси при открытии задвижки 12 по трубопроводу 9 на вход аэротенка 2, что улучшает условия протекания процесса очистки.

В процессе прохождения нагретых сточных вод, иловой смеси и возвратного ила через аэротенк, отстойник и по трубопроводам имеется место теплообмен с окружающей средой, в результате чего выходящие из отстойника очищенные сточные воды имеют температуру t₃, несколько меньшую температуры на входе в аэротенк t₆.

П р и м е р. Производительность системы, м³/ч 110. Температура исходных сточных вод, ^оС: на входе в систему 10; после первого колодца 13; перед входом в аэротенк 26. Температура очищенных сточных вод, ^оС: на выходе из вторичного отстойника 20; на выходе из первого теплообменника 17; на выходе из испарителя 5. Тепловой насос: тип хладагента фреон-12; температура кипения в испарителе, ^оС 0^оС; температура конденсации в конденсаторе 40^оС; теплопроизводительность по нагреву исходных сточных вод 1650 кВт; потребление электроэнергии, 362 кВт; загрязнение исходных сточных вод органическими веществами по БПК₅, 230 мг/л; содержание органических веществ по БПК₅ в очищенных сточных водах: прототип 49; предлагаемый способ 20. Эффективность очистки по БПК₅, 78,6; предлагаемый способ 91,5.

По сравнению с устройством аналогичного назначения (прототипом) предлагаемая система обладает расширенным температурным диапазоном эксплуатации в области низких температур исходных сточных вод и может эксплуатироваться при температуре выше 4^оС, позволяет повысить температуру в аэротенках до оптимальной для деятельности микроорганизмов (28.42^оС), что улучшает качество очистки.

Предлагаемая система может эффективно эксплуатироваться в районах с холодным климатом (Урал, Сибирь, Крайний Север), а также в районах с умеренным климатом на объектах, не имеющих горячего водоснабжения и характеризующихся низкими температурами исходных сточных вод.

Формула изобретения

СИСТЕМА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащая аэротенк, соединенный трубопроводом иловой смеси с вторичным отстойником, трубопровод подачи исходных сточных вод в аэротенк, напорный и всасывающий трубопроводы возвратного ила из вторичного отстойника в аэротенк, насосную станцию, два перепускных трубопровода с запорно-регулирующей арматурой, один из которых присоединен к напорному трубопроводу возвратного ила и к трубопроводу иловой смеси, а второй к трубопроводу иловой смеси и к всасывающему трубопроводу возвратного ила, а также трубопровод очищенных сточных вод, отличающаяся тем, что она снабжена двумя теплообменниками, установленными последовательно и с возможностью контакта с исходными сточными водами, тепловым насосом с компрессором, дросселем, конденсатором и испарителем, при этом первый теплообменник подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после вторичного отстойника, второй теплообменник снабжен циркуляционным контуром и соединен с конденсатором, а испаритель подключен к трубопроводу очищенных сточных вод после первого теплообменника.

РИСУНКИ

Рисунок 1