Водоочистная станция биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и способ биологической очистки
Изобретение относится к водоснабжению и предназначено для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Исходные стоки из сборного колодца 9 равномерно распределяют по приемным резервуарам 5-7. Затем их подают в распределительные емкости 22-24, откуда они самотечно поступают в устройства биологической очистки (УБО) 13. Группы УБО установлены на заглубленных и расположенных на одном уровне фундаментных плитах 19-21. Биологически очищенные стоки из устройств биологической очистки 13 по коллекторным трубопроводам 26 отводят в сборный колодец 27, откуда их подают в резервуар 3. Воду обеззараживают в устройстве 34. Из емкости 2 очищенные и обеззараженные стоки отводят по трубопроводам 36 и 37. Изобретение позволяет повысить надежность работы станции, снизить эксплуатационные затраты, а также увеличить объем обрабатываемых стоков. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к системам очистки сточных вод в коммунальных, промышленных и оборотных системах водоснабжения и предназначено для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод путем их полного биологического окисления с последующей доочисткой и обеззараживанием условно чистой воды в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормами и правилами.
Из уровня техники известны водоочистные станции, включающие блок отстойников с общим сборным каналом осветленной воды и блок фильтров с зернистой загрузкой, трубопроводами подачи осветленной воды и дренажами с присоединенными к ним промывными трубопроводами в виде ответвлений с напорного коллектора, обслуживающего весь блок фильтров и связанного со специальными насосами, забирающими воду из резервуаров, где хранится ее запас. Трубопроводы подачи осветленной воды присоединены к общему сборному каналу (см., Г.И.Николадзе и др. «Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения», М., Высшая школа, 1984 г, с.236-239. В.А.Клячко, И.Э.Апельцин. «Очистка природных вод", М., Стройиздат, 1971, с.228, 556).
Однако эти станции не полностью обезвреживают стоки и имеют громоздкую систему емкостей, крупногабаритных насосов и коммуникаций, для размещения которых требуются значительные площади. Кроме того, эти станции характеризуются большими эксплутационными затратами.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является водоочистная станция биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, содержащая очистной блок в виде установки биологической очистки (УБО) с аэротенком, первичным и вторичным отстойниками, а также насосную станцию, трубопроводы подачи исходных и очищенных стоков с запорно-регулирующей арматурой (см. SU №14812111, М.кл. C02F 3/02, 87 г.).
В этой станции, за счет дополнительной аэрации ила, циркулирующего через вторичный отстойник, обеспечивается частичное сохранение установленных параметров очистки стоков при аварийном увеличении их притока. Однако и такая стабилизация параметров очистки при колебаниях притока стоков значительно усложняет условия эксплуатации станции и приводит к значительным эксплуатационным затратам. Кроме того, отсутствует возможность производства ремонтных работ без остановки станции и возможность гибкого адаптирования этой станции к увеличению объемов обрабатываемых стоков.
Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности работы станции, в т.ч. в условиях неравномерного притока стоков, снижение эксплутационных затрат с обеспечением возможности производства ремонтных и профилактических работ без остановки станции, а также возможности адаптирования этой станции к увеличению объемов обрабатываемых стоков.
Решение указанной задачи (в части устройства) обеспечено тем, что в водоочистной станции биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, содержащей технологическое здание с насосами, трубопроводы подачи исходных и отвода очищенных стоков с запорно-регулирующей арматурой, блок биологической очистки в виде установки биологической очистки с аэротенком, первичным и вторичным отстойниками, согласно изобретению блок биологической очистки состоит из нескольких групп однотипных установок биологической очистки, выполненных с возможностью их заглубления и снабженных технологическими и смотровыми горловинами для сообщения с дневной поверхностью, при этом каждая группа упомянутых установок установлена на своей фундаментной плите, причем все фундаментные плиты упомянутых групп установок выполнены заглубленными и расположены на одном уровне, не ниже уровня расположения заглубленной части технологического здания, а каждая группа установок снабжена своей распределительной емкостью, системой аэрации и коллекторным трубопроводом для, соответственно, подачи стоков, их аэрации и отвода очищенной воды, при этом распределительные емкости и системы аэрации каждой группы установок подключены к соответствующим насосам подачи исходных стоков и компрессорам, при этом коллекторные трубопроводы каждой группы установок подключены через, общий для всех групп установок, резервуар для сбора биологически очищенной воды к линии выпуска очищенной воды. В предпочтительных вариантах выполнения резервуар для сбора биологически очищенной воды размещен в технологическом здании и подключен к линии выпуска очищенной воды через устройство для обеззараживания воды; технологическое здание дополнительно снабжено резервуаром для обеззараженной воды, при этом резервуар для сбора биологически очищенной воды подключен к линии выпуска очищенной воды через устройство для обеззараживания воды и резервуар для обеззараженной воды; каждая группа установок биологической очистки снабжена общей емкостью в виде группового илового отстойника, смонтированного на фундаментной плите этой группы с возможностью перекачки в него водно-иловой смеси из соответствующих камер этой группы установок и перепуска из этого отстойника отстоянной воды в распределительную емкость; коллекторные трубопроводы отвода биологически очищенной воды из каждой группы установок биологической очистки выполнены самотечными и подключены через сборный колодец к резервуару для сбора биологически очищенной воды; фундаментные плиты выполнены прямоугольными, при этом для предотвращения перекосов фундаментных плит от действия нагрузки установки биологической очистки каждой группы расположены рядами, симметрично относительно продольной оси своей фундаментной плиты, при этом распределительная емкость установлена между рядами установок, посредине этих рядов и снабжена утепленной крышкой; иловые отстойники расположены в конце рядов каждой группы установок с перекрытием пространства между рядами.
Решение указанной задачи (в части способа) обеспечено также тем, что приток исходных стоков, поступающих на очистку, включая аварийный приток, сначала равномерно распределяют между группами однотипных установок биологической очистки, а затем поступающие в каждую группу стоки равномерно распределяют между упомянутыми установками, в которых создают идентичные условия биологической очистки и отводят очищенную воду через коллекторные трубопроводы упомянутых групп установок биологической очистки для полезного использования и/или на сброс. В предпочтительных вариантах осуществления способа идентичные условия биологической очистки в установках создают путем их термостабилизации за счет заглубления каждой группы установок; в каждой группе установок избыток ила, образующийся в процессе биологической очистки, отводят в групповой илосборник с последующей периодической очисткой последнего.
В предложенной водоочистной станции поток исходных стоков разделяется на множество отдельных потоков, которые проходят цикл биологической очистки в одинаковых условиях, чем обеспечивается надежное функционирование водоочистной станции даже в условиях аварийного притока исходных стоков. Кроме того, размещение УБО группами на отдельных фундаментных плитах позволяет по мере необходимости, например, из-за введения в строй новых промышленных и/или жилых объектов и увеличения по этой причине объема очищаемых стоков вводить дополнительные группы УБО, не нарушая при этом работоспособность водоочистной станции, а также обеспечить возможность проведения ремонтных и профилактических работ на какой либо группе установок (или отдельной установке), не останавливая при этом работу других групп установок. Размещение каждой группы УБО станции на своей фундаментной плите, а всех фундаментных плит на одном уровне относительно выбранной геодезической привязки, но не ниже заглубления подземной части технологического здания, позволяет обеспечить, во-первых, - равномерное распределение потока исходных стоков по группам УБО с равномерным их течением к УБО каждой группы, а во-вторых, - организовать самотечное движение стоков из распределительных емкостей в УБО и очищенной воды из групп УБО, через коллекторные трубопроводы, сборный колодец в сборную емкость, что резко снижает эксплутационные энергозатраты. Кроме того, заглубление (и укрытие) УБО позволяет обеспечить необходимую термоизоляцию УБО, что имеет большое значение для создания одинаковых температурных условий биологической очистки стоков во всех УБО, независимо от погодных условий, а также снизить издержки на создание таких условий.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где:
На фиг.1 показан общий вид (аксонометрия) предложенной станции (почвенный слой условно не показан); на фиг.2 - вид в плане на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез УБО; на фиг.4 - фрагмент фиг.2 (вариант выполнения); на фиг.5 - условно показана аксонометрия системы трубопроводов с насосом для откачки водно-иловой смеси из одной группы УБО в групповой илосборник; на фиг.6 - сечение А-А фиг.5.
Предложенный способ пояснен ниже, при описании работы предложенной станции.
Водоочистная станция биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод содержит технологическое здание 1, в котором размещены емкости 2 и 3, соответственно, для очищенной и обеззараженной воды и для биологически очищенной воды. Технологическое здание 1 имеет заглубленную 1а и наземную 1б части. Величина заглубления подземной части технологического здания определяется глубиной залегания подводящего канализационного трубопровода 10 исходных стоков. В отдельных помещениях этого здания также размещены компрессоры 4 и приемные резервуары стоков 5, 6, 7, подключенные посредством трубопроводов 8 (с задвижками 31, 32, 33) через сборный колодец 9 к линии 10 - подачи исходных стоков. Приемные резервуары стоков 5,6,7, оборудованы насосами 11, подключенными к трубопроводам 12 для подачи исходных стоков в очистной блок. Насосы 11 снабжены измельчителями (не показаны) для измельчения крупного мусора, а приемные резервуары стоков 5, 6, 7, снабжены очистными средствами, выполненными в виде подъемных корзин (не показаны), посредством которых эти резервуары периодически очищаются от трудно разлагающегося мусора (тряпки, тампоны и т.д.). Очистной блок содержит однотипные УБО 13, которые выполнены с возможностью их заглубления. Каждая из этих УБО содержит закрытый корпус 14 с технологическими отсеками, включающими - приемную камеру, аэротенк, первичный и вторичный отстойники (не показаны). Корпус 14 также снабжен двумя горловинами 15 и 16, соответственно, смотровой и технологической, посредством которых корпус сообщен с дневной поверхностью. Устья упомянутых горловин оснащены откидными утепленными крышками 17 и 18. (Конструкция таких УБО аналогична известным, см., например, RU №63797 и №68499, МПК C02F 3/06, 06 г.). Все УБО 13 выполнены из листового полимерного материала, что исключает гниение и обеспечивает их долговечность. Монтаж УБО осуществляется в котлован на фундаментную плиту с последующей песчаной обсыпкой каждой УБО. В зависимости от конкретной необходимой производительности водоочистной станции в ее очистном блоке может быть несколько групп однотипных УБО 13. На фиг.1 и 2 показана водоочистная станция с тремя одинаковыми группами УБО, которые расположены в два ряда на отдельных фундаментных плитах 19, 20, 21. Так как величина заглубления УБО зависит от величины заглубления технологического здания, которое определяется глубиной залегания канализационной трубы 10 для подвода исходных стоков, то заглубление УБО может быть таким, что их корпуса 14 не будут полностью размещены под землей. В таких случаях необходима грунтовая обсыпка (укрытие) УБО. Как установлено практикой, в укрытых УБО даже в зимних условиях сохраняется плюсовая температура, что объясняется выделением тепла от сточной воды и от работы электрооборудования УБО. Целесообразно, чтобы фундаментные плиты 19-21 групп УБО 13 были расположены на одном уровне относительно конкретной геодезической отметки, но не ниже заглубленной части технологического здания 1, что позволяет обеспечить равномерное распределение исходных стоков по группам УБО и по УБО в группах, а также обеспечить возможность организации самотечного движения очищаемой воды на части трубопроводов, например самотечное движение очищенной воды из УБО в накопительный резервуар 3. Для равномерного распределения стоков по каждой УБО 13 (внутри групп) каждая группа УБО имеет свою (групповую) распределительную емкость (см. фиг.2. поз.22, 23, 24). Эти распределительные емкости (прямоугольные в плане) с утепленными крышками (не показаны) могут быть сформированы заодно с фундаментными плитами, или представлять собой отдельные емкости, установленные на каждой из фундаментных плит групп УБО 13 с таким же, как и УБО, заглублением. Целесообразно, чтобы указанные распределительные емкости были расположены в междурядном пространстве, посредине относительно рядов УБО и, с одной стороны, подключены к трубопроводам 12, а с другой - к каждой УБО 13 (из данной группы УБО). Таким образом, каждая распределительная емкость 22, 23, 24 подключена к соответствующему приемному резервуару стоков 5, 6, или 7, что обеспечивает равномерное распределение стоков во всех группах УБО. Кроме того, УБО 13 каждой группы, посредством системы трубопроводов 25, подключены к соответствующим компрессорам 4 и к соответствующим коллекторным трубопроводам 26, подключенным через сборный колодец 27 к резервуару 3 для сбора биологически очищенной воды. На фиг.2 показан один из возможных вариантов размещения групп УБО на фундаментных плитах. В этом варианте пространство между двумя рядами УБО 13 (каждой группы) со стороны противоположной размещению технологического здания 1 перекрыто дополнительной УБО. Такое размещение УБО позволяет передать на каждую фундаментную плиту (прямоугольную в плане) симметричную нагрузку (относительно продольной оси симметрии фундаментной плиты) и исключить за счет этого опасность перекоса фундаментных плит от действия нагрузок. В другом варианте выполнения (см. фиг.4), пространство между двумя рядами УБО (каждой группы) перекрыто групповым иловым отстойником 28, что (аналогично предыдущему варианту) исключает опасность перекоса фундаментных плит. Каждый иловый отстойник 28 подключен посредством системы трубопроводов 29 с всасывающими ветвями 21а, оборудованными кранами (не показаны) и расположенными в каждой УБО к всасывающему насосу 30 данной группы УБО. Кроме того, иловые отстойники 28 каждой группы УБО посредством перепускных трубопроводов 31 с погружными насосами 31а подключены к соответствующим распределительным емкостям 22-24 соответствующей группы УБО, куда перекачивается отстоянная вода из иловых отстойников 28. Такая организация удаления ила из УБО позволяет, с одной стороны, автоматизировать, а с другой, - значительно упростить процесс периодического удаления ила из каждой УБО данной группы. Иловые отстойники 28 представляют собой небольшие здания, имеющие заглубленную и наземную части, соответственно 28а и 28б. Заглубленная часть 28а этих отстойников (см. фиг.6) обычно формируются заодно с фундаментной плитой, а наземная 286 представляет собой каменную надстройку над заглубленной частью 28а и снабжена крышей с вентиляционным грибком. Внутри помещения илового отстойника 28 расположен дренажный погружной насос 31а, всасывающий насос 30 и изогнутая труба 32, верхняя часть которой выведена наружу и выполнена с возможностью подключения к ней ассенизаторской машины при периодических откачках ила. Следует отметить, что трубопроводы подачи и отвода стоков предложенной станции выполнены заглубленными и расположены в грунте ниже глубины промерзания грунта в данной местности.
Работа предложенной водоочистной станции биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод осуществляется следующим образом.
Исходные стоки из канализационного трубопровода 10 поступают в сборный колодец 9, из которого они равномерно распределяются по приемным резервуарам 5, 6, 7. Регулировка поступления стоков в приемные резервуары 5, 6, 7 может осуществляться при помощи задвижек 31, 32, 33 на линиях 8 (с помощью этих задвижек можно также отключать и включать группы УБО). Из резервуаров 5, 6, 7 исходные стоки подаются насосами 11 через трубопроводы 12 в распределительные емкости 22, 23, 24 каждой группы УБО. Из распределительных емкостей 22-24 исходные стоки самотечно поступают в каждую УБО 13 каждой группы. За счет компрессоров 4, по системе трубопроводов 25, нагнетается воздух для аэрации стоков в УБО 13. Биологическая очистка стоков осуществляется в УБО обычным образом (аналогично работе УБО по пат. RU №63797 и №68499), т.е. при поступлении сточной воды (СВ) в технологические отсеки корпуса 14 (первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, иловую камеру (не показаны)) эти стоки проходят цикл биологической очистки и отводятся из вторичного отстойника на выпуск из УБО. Биологическая очистка заключается в биохимическом разрушении микроорганизмами органических соединений, содержащихся в СВ, при этом значительно снижается бактериальное загрязнение этих СВ, которые осветляются до прозрачного состояния. Прошедшие биологическую очистку СВ поступают (самотечно или откачиваются) в коллекторные трубопроводы 26 и далее в сборный колодец 27, откуда очищенная сточная вода по трубопроводу 33 поступает в резервуар 3. Из этого резервуара очищенная сточная вода подается на обеззараживание, например в бактерицидную установку 34 типа «Лазурь-М-50-1» и поступает в емкость 2 для сбора очищенной и обеззараженной воды, откуда она выпускается в сборный колодец 35 и далее по трубопроводам 36, 37 отводится на хозяйственные нужды и/или на сброс.
Таким образом, в предложенной водоочистной станции реализуется способ биологической очистки, согласно которому весь приток исходных стоков, поступающих на очистку, включая аварийный приток, равномерно распределяют между одинаковыми группами однотипных УБО, заглубленных в грунт на одинаковый уровень, в которых создают одинаковые условия биологической очистки. Очищенную воду отводят из этих групп установок для полезного использования и/или на сброс. Равномерное распределение общего притока исходных стоков между одинаковыми группами однотипных УБО и дальнейшее, внутригрупповое распределение по УБО, поступивших в группу части общего притока исходных стоков, обеспечивает невосприимчивость предложенной водоочистной станции к неравномерному, в т.ч. и аварийному притоку (сбросу) исходных стоков. Создание одинаковых условий биологической очистки стоков во всех УБО предложенной стации обеспечивается как одинаковой конструкцией, так и одинаковым заглублением УБО. Последнее термостабилизирует УБО и исключает влияние на их работу погодных условий. Предложенная водоочистная станция характеризуется повышенной надежностью, т.к. весь приток исходных стоков разделяется на множество (по количеству УБО) отдельных и приблизительно одинаковых притоков, объем которых параллельно обрабатывается во всех УБО очистного блока. Как показано на фиг.2, общая численность УБО 13 составляет 39 шт, т.е. весь приток исходных стоков на входе в УБО очистного блока равномерно распределяется на 39 отдельных притоков, которые одновременно обрабатываются в 39 УБО. Т.к. обычно УБО проектируются на максимальный приток, то емкость их корпусов превышает необходимую, т.е. всегда имеется запас по емкости. С учетом этого, а также того, что весь приток (в т.ч. неравномерный и аварийный) стоков равномерно распределяется по всем 39 УБО, колебания притока сточных вод в каждой УБО водоочистной станции (см. вариант на фиг.2) снижаются в 39 раз, что не оказывает практически никакого влияния на работоспособность УБО (обычно аварийные сбросы сточных вод нарушают работоспособность УБО и надолго выводят их строя из-за вымывания и потери ила). Кроме того, размещение УБО 13 группами на отдельных фундаментных плитах позволяет по мере необходимости, например, при увеличении потребителей из-за подключения новых объектов промышленности и/или жилья с увеличением объема поступающих на очистку стоков, вводить дополнительные группы УБО, не нарушая при этом работоспособность водоочистной станции. При проведении профилактических и ремонтных работ любую УБО 13 можно остановить в любой момент (за счет задвижек - (не показаны)), без нарушения работоспособности отдельных групп, а также всей водоочистной станции. Заглубление всех групп УБО водоочистной станции на один уровень (но не ниже величины заглубления подземной части технологического здания) позволяет организовать частичное самотечное движение стоков, например, из распределительных емкостей в УБО 13 и очищенной воды через коллекторные трубопроводы в сборный колодец и сборную емкость в технологическом здании, что снижает энергозатраты при эксплуатации водоочистной станции. Кроме того, заглубление корпусов УБО и их грунтовое укрытие позволяет обеспечить температурную стабилизацию процесса биологической очистки (независимо от времени года и погоды), что наряду с одинаковым объемом обрабатываемых в УБО стоков обеспечивает одинаковые условия биологической очистки стоков во всех группах УБО. Это существенно снижает издержки на создание таких условий. В тоже время, одинаковые условия очистки стоков во всех УБО предложенной водоочистной станции гарантированно обеспечивают достижение необходимого по ПДК уровня очистки стоков. Профилактические осмотры и техническое обслуживание технологического оборудования УБО осуществляются через их смотровые и технологические горловины. Выступающие на дневную поверхность части горловин с крышками незначительно влияют на ландшафт местности в районе размещения водоочистной станции.
Использование предложенного изобретения позволит обеспечить эффективную очистку бытовых и хозяйственных стоков с минимальными затратами. В настоящее время один из проектов такой водоочистной станции на 450 м3/сут реализуется в поселке Благодатное г.Барнаула Алтайского края.
1. Водоочистная станция биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, содержащая технологическое здание с насосами, трубопроводы подачи исходных и отвода очищенных стоков с запорно-регулирующей арматурой, блок биологической очистки в виде установки биологической очистки с аэротенком, первичным и вторичным отстойниками, отличающаяся тем, что блок биологической очистки состоит из нескольких групп однотипных установок биологической очистки, выполненных с возможностью их заглубления и снабженных технологическими и смотровыми горловинами для сообщения с дневной поверхностью, при этом каждая группа упомянутых установок установлена на своей фундаментной плите, причем все фундаментные плиты упомянутых групп установок выполнены заглубленными и расположены на одном уровне не ниже уровня расположения заглубленной части технологического здания, а каждая группа установок снабжена своей распределительной емкостью, системой аэрации и коллекторным трубопроводом для соответственно подачи стоков, их аэрации и отвода очищенной воды, при этом распределительные емкости и системы аэрации каждой группы установок подключены к соответствующим насосам подачи исходных стоков и компрессорам, при этом коллекторные трубопроводы каждой группы установок подключены через общий для всех групп установок резервуар для сбора биологически очищенной воды к линии выпуска очищенной воды.
2. Водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что резервуар для сбора биологически очищенной воды размещен в технологическом здании и подключен к линии выпуска очищенной воды через устройство для обеззараживания воды.
3. Водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что технологическое здание дополнительно снабжено резервуаром для обеззараженной воды, при этом резервуар для сбора биологически очищенной воды подключен к линии выпуска очищенной воды через устройство для обеззараживания воды и резервуар для обеззараженной воды,
4. Водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что каждая группа установок биологической очистки снабжена общей емкостью в виде группового отстойника ила, смонтированного на фундаментной плите этой группы с возможностью перекачки в него водно-иловой смеси из соответствующих камер этой группы установок и перепуска из этого отстойника отстоянной воды в распределительную емкость.
5. Водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что коллекторные трубопроводы отвода биологически очищенной воды из каждой группы установок биологической очистки выполнены самотечными и подключены через сборный колодец к резервуару для сбора биологически очищенной воды.
6. Водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что фундаментные плиты выполнены прямоугольными, при этом для предотвращения перекосов фундаментных плит от действия нагрузки установки биологической очистки каждой группы расположены рядами симметрично относительно продольной оси своей фундаментной плиты, при этом распределительная емкость установлена между рядами установок, посредине этих рядов, и снабжена утепленной крышкой.
7. Водоочистная станция по п.4, отличающаяся тем, что отстойники ила расположены в конце рядов каждой группы установок с перекрытием пространства между рядами.
8. Способ биологической очистки в водоочистной станции по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что приток исходных стоков, поступающих на очистку, включая аварийный приток, сначала равномерно распределяют между группами однотипных установок биологической очистки, а затем поступающие в каждую группу стоки равномерно распределяют между упомянутыми установками, в которых создают идентичные условия биологической очистки, и отводят очищенную воду через коллекторные трубопроводы упомянутых групп установок биологической очистки для полезного использования и/или на сброс.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что одинаковые условия биологической очистки в установках создают путем их термостабилизации за счет заглубления каждой группы установок.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что в каждой группе установок избыток ила, образующийся в процессе биологической очистки, отводят в групповой илосборник с последующей периодической очисткой последнего.
