ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2262489

СИСТЕМА АЭРАЦИИ В АЭРОТЕНКЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

СИСТЕМА АЭРАЦИИ В АЭРОТЕНКЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Имя изобретателя: Кармазинов Ф.В. (RU),
Крючихин Е.М. (RU),
Николаев А.Н. (RU),
Пробирский М.Д. (RU),
Трухин Ю.А. (RU),
Чернов В.Б. (RU)
Имя патентообладателя: Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" (RU), Закрытое Акционерное Общество "КРЕАЛ" (RU)
Адрес для переписки: 191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 42, ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга", начальнику Управления интеллектуальной собственности и стандартизации Ю.А. Трухину
Дата начала действия патента: 20.01.2004

Изобретение относится к технологии очистки сточных вод и может быть использовано для биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях городского хозяйства. Система аэрации в аэротенке содержит над соответствующими участками дна аэротенка, по меньшей мере, две зоны, из которых одна - нитрификация, а другая - денитрификация. В зоне нитрификации расположены пневматические аэраторы, собранные в соответствующие модули и размещенные в придонной части соответствующего участка дна аэротенка. По меньшей мере, в каждой зоне группа аэраторов образована из пневматических аэраторов. Группа аэраторов, расположенная в зоне нитрификации, образована из пористых трубчатых аэраторов, а группа аэраторов, расположенная в зоне денитрификации, образована из перфорированных трубчатых аэраторов. При этом в пределах каждой из упомянутых групп аэраторы собраны в аэрирующие модули и расположены в соответствующих придонных частях аэротенка с возможностью образования в нем широкой полосы аэрации. Технический результат: повышение интенсивности очистки сточных вод с увеличением скорости процесса биологической очистки.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к технологии очистки сточных вод и может быть использовано для биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях городского хозяйства.

Известна система аэрации в аэротенке для очистки сточных вод, в которой над соответствующими участками дна аэротенка расположены, по меньшей мере, две зоны: одна - нитрификация, а другая - денитрификация, причем в зоне нитрификации в придонной части соответствующего участка дна аэротенка расположены пневматические аэраторы, а в зоне денитрификации - механические мешалки, приводимые в действие посредством соответствующих электромоторов (См. «Расчет сооружений биологической очистки городских сточных вод»: Метод. Указания по курс. и диплом. проектиров. для студ. спец. 2908 - водоснабжение, канализация, рацион. использование и охрана водных ресурсов (всех форм обучения)/ СПб. инж.-строит. ин-т; Сост. Б.Г.Мишуков. СПб., 1993, стр.12-13, рис.2 на стр.13).

Эта известная система аэрации в аэротенке для очистки сточных вод выбирается в качестве прототипа, так как она решает аналогичную задачу, что и предлагаемое изобретение, имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков и является одной из последних разработок в данной области. Однако прототип имеет следующие существенные недостатки:

- на функционирование этой системы нужны высокие энергетические затраты, что обусловлено наличием механического (с помощью механической мешалки) перемешивания активного ила в зоне денитрификации;

- при использовании этой известной системы очистка сточной воды протекает не интенсивно, так как в зоне денитрификации аэробное окисление полностью подавлено из-за применения только процесса механического перемешивания активного ила.

Задачей предлагаемого изобретения является создание новой системы аэрации в аэротенке для очистки сточных вод, в которой повышена интенсивность очистки сточных вод с увеличением скорости процесса биологической очистки сточных вод.

Поставленная задача решена так, что в известной системе аэрации в аэротенке для очистки сточных вод над соответствующими участками дна аэротенка расположены, по меньшей мере, две зоны, из которых одна - нитрификация, а другая - денитрификация, причем в зоне нитрификации расположены пневматические аэраторы, которые собраны в соответствующие модули и размещены в придонной части соответствующего участка дна аэротенка, согласно предлагаемому изобретению, по меньшей мере, каждая группа аэраторов образована из пневматических аэраторов, причем группа аэратроров, расположенная в зоне нитрификации, образована из пористых трубчатых аэраторов, а группа аэраторов, расположенная в зоне денитрификации, образована из перфорированных трубчатых аэраторов, при этом в пределах каждой из упомянутых групп аэраторы собраны в аэрирующие модули и расположены с возможностью образования в аэротенке широкой полосы аэрации.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных отличительных признаков позволяет создать систему аэрации в аэротенке для очистки сточных вод, в которой повышена интенсивность очистки сточных вод с одновременным увеличением скорости процесса биологической очистки сточных вод. Это обусловлено выполнением всех зон аэротенка с пневматическими аэраторами, которые позволяют образовывать в аэротенке широкую полосу аэрации. В результате, как это не парадоксально, в зоне денитрификации частично происходит процесс нитрификации. Кроме того, имеет место уменьшение затрат на электроэнергию, т.к. в зоне денитрификации расположены аэраторы, образующие широкополосную аэрацию, от которой часть энергии затрачивается еще и на процесс аэробной биологической очистки, а не только на механическое поддержание активного ила во взвешенном состоянии.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет существенные отличия, которые заключаются в том, что в каждой зоне аэротенка группа аэраторов образована из пневматических аэраторов. Причем в зоне нитрификации - из пористых трубчатых аэраторов, а в пределах каждой группы аэраторов они собраны в аэрирущие модули и расположены в придонной части аэротенка с возможностью образования в нем широкой полосы аэрации.

Проведенный заявителями информационно-патентный поиск показал, что предлагаемая совокупность существенных отличительных признаков не известна, что позволяет заявляемое изобретение признать новым.

Однако известно, что в зоне денитрификации «...возможно использование пневматических аэрационных систем, но при этом растворяющийся кислород (из воздуха) снижает эффективность денитрификации...» (См. «Расчет сооружений биологической очистки городских сточных вод»: Метод. Указания по курс. и диплом. проектиров. для студ. спец. 2908 - водоснабжение, канализация, рацион. использование и охрана водных ресурсов (всех форм обучения)/ СПб. инж.-строит. ин-т; Сост. Б.Г.Мишуков. СПб., 1993, стр.13). Это справедливо только при содержании кислорода в иловой смеси, подавляющем процесс денитрификации. Однако, в нашем случае, в придонной части аэротенка расположены соответствующие аэраторы, собранные в группы, а в них - в соответствующие модули и с возможностью образования широкой аэрируемой полосы. В результате в зоне денитрификации возможна средне- и/или крупнопузырчатая аэрация и с низкой интенсивностью, при которой содержание растворенного кислорода настолько мало, что процесс денитрификации не подавляется. Вместе с тем кислород, поступающий в иловую смесь при аэрации, используется нитрифицирующимися бактериями, а также аэробными гетеротрофами, не способными осуществлять денитрификацию, что и повышает общую скорость процесса биологической очистки от азота и органических веществ.

Таким образом, в зоне денитрификации широкая аэрируемая полоса с применением средне- и/или крупнопузырчатой аэрации позволяет, с одной стороны, поддерживать активный ил во взвешенном состоянии при низкой интенсивности аэрации, что экономит энергозатраты на перемешивание иловой смеси, а с другой стороны, обеспечивает кислородный режим, при котором интенсивно протекает денитрификация и сохраняются процессы нитрификации и аэробного окисления органических веществ, что в целом интенсифицирует процесс биологической очистки.

В зонах нитрификации возможность образования широкой аэрируемой полосы с применением мелкопузырчатой аэрации позволяет:

- больше кислорода переводить в сточную воду из воздушных пузырьков, что при той же подаче кислорода в воду сокращает расход воздуха на аэрацию, а значит дает экономию электроэнергии на подачу сжатого воздуха;

- сократить величину минимально допустимой интенсивности аэрации, при которой обеспечивается уровень перемешивания для поддержания ила во взвешенном состоянии, что исключает лишний расход воздуха и, следовательно, экономит электроэнергию.

Таким образом предлагаемое изобретение отвечает критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники, в частности используются различные системы пневматической аэрации с широкой аэрируемой полосой для создания и функционирования в аэротенке зон нитрификации и денитрификации.

Общая схема предлагаемой системы аэрации в аэротенке для очистки сточных вод

Практическая применимость предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - Общая схема предлагаемой системы аэрации в аэротенке для очистки сточных вод;

Фиг.2 - Схема перспективного варианта реконструкции существующей системы аэрации в аэротенке для очистки сточных вод;

Фиг.3 - Вариант одного из модулей, образованного из пневматических трубчатых аэраторов, расположенный в придонной части аэротенка;

Фиг.4 и 5 - Виды на упомянутый модуль.

Предлагаемая система аэрации в аэротенке для очистки сточных вод имеет аэротенк 1, в котором над соответствующими участками его дна 2 имеются, по меньшей мере, две зоны 3 и 4. Одна из зон, в данном случае 3 - нитрификация, а другая зона 4 - денитрификация (размер этих зон и их число, а также их порядок чередования в каждом конкретном случае предлагаемой системы зависит от содержания органических веществ и азота в сточной воде и возвратном иле, заданного технологического режима и требований к качеству очищенных стоков). Причем в зоне 3 нитрификации создают аэробные условия, а в зоне 4 денитрификации - аноксидные. При этом в зоне 3 нитрификации создают мелкопузырчатую аэрацию с помощью пневматических аэраторов 5, которые расположены в придонной части соответствующего участка дна 2, над которым образована зона 3 нитрификации. В зоне 4 денитрификации создают средне- и/или крупнопузырчатую аэрацию с помощью других пневматических аэраторов 6, которые расположены в придонной части соответствующего участка дна 2, над которым образована зона 4 денитрификации. В упомянутых зонах 3 и 4 расположенные в них соответствующие аэраторы, точнее их группы, в каждой из которых аэраторы собраны в соответствующие модули с возможностью образования широкой полосы аэрации (Фиг. 1-3).

Необходимо отметить, что в качестве пневматических аэраторов 5 и 6 используют трубчатые аэраторы, из которых в зоне 3 нитрификации - пористые, а в зоне 4 денитрифакации - перфорированные (Фиг. 3-5). Это обусловлено тем, что в настоящее время такие аэраторы являются наиболее перспективными для образования широкой полосы аэрации. Причем в упомянутых зонах 3 и 4 из соответствующих им аэраторов 5 и 6 в придонной части соответствующих участков дна 2 аэротенка 1 образованы модули 7. В каждом из этих модулей 7 аэраторы 5 и 6 установлены попарно по обе стороны воздуховода 8 и с соответствующим шагом (Фиг. 4, 5), а сами эти модули 7 расположены на соответствующем друг от друга расстоянии в придонных частях соответствующих участков дна 2 аэротенка 1. При этом шаг между аэраторами 5 и 6 в модуле 7 и расстояние между модулями 7 в упомянутых придонных частях установлены из условий образования в соответствующих зонах 3 и 4 аэротенка 1 сплошной и широкой полосы аэрации.

Конкретно предлагаемая система аэрации в аэротенке для очистки сточных вод в качестве эксперимента была опробована в условиях Государственного унитарного предприятия «Водоканал Санкт-Петербурга» на одной из его станций очистки в одном из аротенков.

В одной из секций аэротенка предлагаемая система была создана с 3 зонами, из которых первая - нитрификация (Н1). Она заняла начальный участок 1-го коридора длиной 134,4 м (до 4-й группы воздушных стояков) и имела объем 6580 м3. Вторая - зона денитрификации (Д), объемом 5640 м3, была расположена в конце 1-го и начале 2-го коридоров на участках длиной по 57,6 м. Последняя зона - 2-я зона нитрификации (Н2) занимала остальную часть 2-го коридора (участок длиной 134,4 м) и весь 3-й коридор и имела объем 15980 м3. Аэробный режим в зонах H1, H2 и аноксидный в зоне Д обеспечивали с помощью различных типов аэраторов (пористых и перфорированных) и различной интенсивности аэрации, а также режимом подачи сточной воды. В качестве упомянутых аэраторов были использованы трубчатые аэраторы фирмы «КРЕАЛ» (Санкт-Петербург), которые были смонтированы попарно через полиамидные тройники на полиэтиленовых трубах ПНД-160, образуя аэрирующие модули шириной 1,1 м. Модули расположили в коридорах в 4 и 3 ряда с интервалом 0,9-1 м, образуя аэрируемые полосы шириной, соответственно, 7,25 и 5,3 м.

Схема перспективного варианта реконструкции существующей системы аэрации в аэротенке для очистки сточных вод
Вариант одного из модулей, образованного из пневматических трубчатых аэраторов, расположенный в придонной части аэротенка
Виды на упомянутый модуль.Виды на упомянутый модуль.

Средняя по секции ширина аэрируемой полосы 6,86 м. Отношение площади аэрируемой зоны к площади зеркала аэротенка 0,82 (в существующих секциях эта величина составляет 0,2).

При расчетном расходе воздуха 16 тыс.м3/час расход воздуха и интенсивность аэрации по зонам одной секции аэротенка (табл.1):

Таблица 1

Зона Qв, тыс.м3/час Ja, м32 час
H1 4355 3,90
Д 2000 2,08
Н2 9645 3,55
средняя 3,33

В зонах H1, H2 разместили модули с пористыми аэраторами «КРЕАЛ», в зоне Д - модули с перфорированными аэраторами «КРЕАЛ». Расчетный расход воздуха на 1 аэратор:

- пористый 3,94 м3/час;

- перфорированный 2,82 м3/час.

Рабочий диапазон расхода воздуха на одну секцию аэротенка 12-20 тыс.м3/час.

Во время испытаний вели отбор проб в соответствующих контрольных точках с соответствующим временным интервалом. Анализ проб на содержание загрязняющих веществ выполнялся в химико-биологической лаборатории по стандартным методикам. Для исключения вторичных процессов в отобранных пробах за период с момента отбора до анализа в лаборатории их отстаивали (до 5 минут) и осветленную воду сливали в бутыль, которую, по возможности, быстро (за 5-20 минут) доставляли в лабораторию и передавали на анализ растворенных форм азота. Концентрация растворенного кислорода измерялась оксиметром. Расход воздуха контролировался по приборам, установленным на каждой секции аэротенка. В период обследования расход воздуха отвечал среднему расходу воздуха на одну секцию аэротенка I очереди. Результаты опытной проверки предлагаемой системы аэрации в аэротенке для очистки сточных вод позволяют сделать следующие выводы (табл. 2 и 3):

Достигнутые в экспериментальной секции аэротенка показатели очистки сточных вод по азоту выше, чем в целом по аэротенку, и с запасом обеспечивают выполнение установленного лимита, а также требования ХЕЛКОМа на сброс азота.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система аэрации в аэротенке для очистки сточных вод, содержащая над соответствующими участками дна аэротенка, по меньшей мере, две зоны, из которых одна нитрификация, а другая денитрификация, причем в зоне нитрификации расположены пневматические аэраторы, собранные в соответствующие модули и размещенные в придонной части соответствующего участка дна аэротенка, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, в каждой зоне группа аэраторов образована из пневматических аэраторов, причем группа аэраторов, расположенная в зоне нитрификации, образована из пористых трубчатых аэраторов, а группа аэраторов, расположенная в зоне денитрификации, образована из перфорированных трубчатых аэраторов, при этом в пределах каждой из упомянутых групп аэраторы собраны в аэрирующие модули и расположены в соответствующих придонных частях аэротенка с возможностью образования в нем широкой полосы аэрации.

Версия для печати


вверх