способ гомогенизации сточных вод в приемных резервуарах очистных сооружений

Формула изобретения

1. СПОСОБ ГОМОГЕНИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД В ПРИЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ, включающий гидравлическое перемешивание содержимого резервуаров, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют с помощью погруженного в резервуар пульсационного перемешивающего устройства, работающего от сжатого воздуха с рабочим давлением, составляющим 1,1 2,0 от величины гидростатического давления на глубине погружения сопла устройства, а частота гидравлического импульса составляет 0,1 10,0 мин^-1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с гидравлическим перемешиванием осуществляют пневматическое перемешивание путем воздушных импульсов, осуществляемых пульсационным перемешивающим устройством, причем каждый воздушный импульс подают вслед за гидравлическим импульсом при соотношении длительностей гидравлического и пневматического импульса от 1 0,5 до 1 2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обработки сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях крупных свиноводческих комплексов.

В системах очистных сооружений стадиям механической и биологической очистки обычно предшествует накопление и усреднение стоков, необходимое для устойчивой работы очистных сооружений и осуществляемое в крупных приемных резервуарах (на крупных свиноводческих комплексах их емкость составляет 500-2500 м³). Гомогенизация стоков в таких объемах представляет сложную задачу и обычно сопряжена с большими энергозатратами. Кроме того, на дне приемных резервуаров нередко скапливаются иловые отложения из грубодисперсных механических примесей сточных вод. Если не предпринимать мер по удалению иловых отложений, возможно полное "зарастание" резервуара, в результате чего он не будет выполнять своего назначения. Кроме того, удалить образовавшийся и слежавшийся осадок чрезвычайно сложно и порой небезопасно для обслуживающего персонала.

Известны механический, пневматический и гидравлический способы гомогенизации стоков в приемных резервуарах [1] В первом случае гомогенизация осуществляется путем перемешивания с помощью различных механических мешалок. Второй способ имеет две разновидности перемешивание барботажем и эрлифтами. Оба способа характеризуются высокой энергоемкостью, а пневматический способ также и большими капитальными затратами и недостаточной эффективностью, что особенно касается функции удаления отложений.

Гидравлический способ гомогенизации стоков осуществляется путем перекачивания содержимого резервуара погружными центробежными насосами [2] Например, для перекачки стоков животноводческих и свиноводческих комплексов в приемных резервуарах емкостью 500 м³ рекомендуются перекачивающие насосы НЖН 200 [2] с установленной мощностью 22-55 кВт и производительностью 200 м³/ч. Этот способ обеспечивает достаточно эффективное перемешивание стоков и усреднение их состава, но только при полном заполнении резервуара.

Недостатками способа являются высокая энергоемкость; достаточно частое засорение перекачивающей системы и выход из строя насосов вследствие попадания в них из стоков крупных инородных включений; низкая эффективность удаления отложений; необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ [3] в котором предложено установить в резервуар три центробежных моноблочных фекальных насоса погружного типа ЦМФ 160/10 (два перекачивающих, один отсасывающий) вместо двух насосов НЖН 200. При этом, если последние размещали примерно на середине высоты резервуара с необходимостью регулирования их высоты в зависимости от уровня стоков в резервуаре, то насосы ЦМФ N 160/10 предложено размещать на дне емкости без анкеровки. Такое размещение насосов улучшает перемешивание стоков и способствует предотвращению образования твердого осадочного слоя на дне резервуара.

Однако этот способ обладает достаточно высокой энергоемкостью. Кроме того, эффективность способа подтверждается лишь в сравнительно небольших резервуарах. В таких же крупногабаритных приемных резервуарах, какие используются на очистных сооружениях крупных свиноводческих комплексов, эффективность способа недостаточна как с точки зрения гомогенизации стоков, так и в отношении предотвращения иловых отложений. Низкий напор насосов ЦМФ 160/10 (всего 10 м) не позволяет обеспечить необходимую скорость движения всего объема содержимого резервуара и интенсивное его перемешивание, даже при резком увеличении количества устанавливаемых насосов. В результате концентрация стоков, подаваемых из такого резервуара в технологическую цепочку очистки, может существенно колебаться в течение суток (по содержанию взвешенных веществ, например, в 2-3 раза), что является причиной нестабильности работы очистных сооружений. Эксплуатация низконапорных погружных насосов типа ЦМФ 160/10 также требует использования охлаждающей воды питьевого качества с расходом 1,0-1,2 м³/ч на каждый насос. Способ не обеспечивает отсутствия иловых отложений в резервуаре. В застойных зонах резервуара под углом естественного откоса (60^о) формируется осадок, который в конце концов может заполнить до трети объема резервуара.

Следует отметить еще ряд недостатков этого способа: во-первых, при перекачке насосами такой агрессивной среды, какой являются сточные воды, происходит частая разгерметизация кабельного ввода в корпусе насоса и выход из строя электродвигателей, причем стоимость ремонта насоса часто превышает его первоначальную стоимость; во-вторых, осуществление способа связано со сравнительно высокими капитальными и эксплуатационными расходами, а насосы в процессе их эксплуатации требуют постоянного наблюдения обслуживающего персонала.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение гомогенизации сточных вод и удаления иловых отложений в приемных резервуарах очистных сооружений при одновременном снижении капитальных, энергетических и эксплуатационных затрат.

Для этого в предлагаемом способе гомогенизация стоков и удаление отложений иловых осадков осуществляются путем периодического всасывания в корпус погруженного в резервуар пульсационного перемешивающего устройства (ППУ) определенного объема стоков и последующего его истечения под действием импульса сжатого воздуха обратно в резервуар. Образующаяся при этом струя (скорость на выходе из сопла 3 м/с), направленная на донный осадок, размывает его и, кроме того, вызывая циркуляцию стоков в резервуаре (объемная скорость 0,25-0,32 ч^-1), обеспечивает их гомогенизацию. Частота импульсов составляет 0,5-10 мин^-1 и зависит от ряда факторов, включая емкость резервуара и количество установленных элементов. Приведенные параметры импульсов обеспечиваются давлением в воздушной сети, равным 1,1-2,0 от гидростатического давления столба жидких стоков в резервуаре на глубине погружения сопла ППУ. Практически это давление составляет 0,4-0,6 ати, что соответствует рабочему давлению в воздушной сети, обслуживающей аэротенки.

Для обеспечения предварительного насыщения стоков кислородом, что позволит повысить эффективность последующей аэробной биоочистки стоков, вслед за импульсом из жидких стоков, извергаемых из сопла ППУ, в резервуар подается также воздушный импульс с временным соотношением импульсов от 1:0,5 до 1:2.

На чертеже представлена принципиальная схема работы ППУ в приемном резервуаре.

На стадии всасывания стоки поступают в корпус 1 устройства через сопло 2 под действием гидростатического давления столба жидкости в резервуаре. При этом воздух, имеющийся над всасываемыми стоками, стравливается в атмосферу через открытый клапан Б. Клапан А на этой стадии закрыт. На стадии истечения клапан Б перекрывается, открывается клапан А. Сжатый воздух, находящийся в верхней части корпуса 3, выполняющей функции ресивера, попадает через открытый клапан А в нижнюю (рабочую) часть корпуса и, выполняя роль газового поршня, выдавливает порцию стоков через сопло, направляющее гидравлический импульс в сторону донного осадка 4 обычно под углом 40-50^о. Гидравлический импульс завершается пневматическим импульсом. Выдавливаемый через сопло воздушный объем барботирует через резервуар, насыщая стоки кислородом и создавая дополнительный перемешивающий эффект.

Предлагаемый способ гомогенизации характеризуется сравнительно невысокой энергоемкостью (в 5-10 раз ниже, чем в способе-прототипе), поскольку ППУ могут использовать технологический воздух очистных сооружений с давлением 0,4-0,6 ати. Помимо этого, энергосбережение обеспечивается отсутствием потребности ППУ в водяном охлаждении.

Предлагаемый способ обеспечивает эффективную гомогенизацию и надежное усреднение стоков по концентрации взвешенных веществ и тем самым создает условия для стабильной работы всей технологической цепочки очистных сооружений. Способ полностью устраняет возможность образования донных осадков в резервуаре и обеспечивает их эффективное удаление, если они отложились ранее, причем по эффективности удаления он превосходит все остальные известные способы. Предлагаемая цикличность импульсов (0,5-10 мин^-1) дает возможность получить необходимое заполнение пульсационной камеры (нижней части корпуса) стоками и последующий достаточно мощный импульс, требуемый для размыва осадка. Пользуясь предлагаемым способом, можно размыть даже слежавшийся осадок, вплоть до полностью "заросших" осадками резервуаров.

Важным преимуществом предлагаемого способа является его простота и надежность, которые обусловлены простотой конструкции ППУ и отсутствием в них движущихся и вращающихся частей. Благодаря этому, существенно упрощается их обслуживание, значительно увеличивается межремонтный период.

Для эффективной работы в резервуар помещают целую серию элементов ППУ, располагая их таким образом, чтобы зона действия каждого из них в совокупности перекрывала всю площадь днища резервуара. Очередность включения элементов задается по специальной программе, обеспечивающей последовательное их воздействие, например, по принципу "бегущей волны".

Среди преимуществ предлагаемого способа следует отметить еще значительно меньшие по сравнению с известным способом капитальные затраты на аппаратурное оформление.

П р и м е р. Пульсационное перемешивающее устройство установлено в приемном резервуаре емкостью 1200 м³ свиноводческого комплекса мощностью 1,8 тыс. голов. Пропускная способность резервуара 3000 м³/сут. В резервуаре размещено 12 элементов ППУ с импульсным объемом по 1 м³. Все элементы подключены к единой воздушной сети, обслуживающей аэротенки биоочистки с рабочим давлением 0,42-0,55 ати. Цикличность импульсов 1 мин^-1, временное соотношение гидравлического и пневматического импульсов 1:1. Мощность, расходуемая на работу элементов ППУ, не превышает 10 кВт и фактически перекрывается резервной мощностью турбовоздуходувок, обслуживающих аэротенки. Система управления ППУ (работа клапанов) потребляет 2,2 кВт мощности. Учитывая, что потребляемая мощность на гомогенизацию стоков по способу-прототипу составила бы 65-70 кВт, предлагаемый способ обеспечивает более чем пятикратное снижение энергозатрат. Если же принять во внимание, что для перемешивания по предлагаемому способу не потребовалось введения дополнительных мощностей, за исключением 2,2 кВт, потребляемых системой управления, а также отсутствие потребности перемешивающих устройств в водном охлаждении, то энергосбережение на операции перемешивания по сравнению со способом-прототипом составляет более 95%

Ввиду цикличности подачи стоков в резервуар, связанной с периодическим гидросмывом стоков (в приводимом примере гидросмыв включается дважды в сутки с 9 до 11 ч и с 13 до 15 ч), объем и состав сточных вод, подаваемых в резервуар в течение суток, существенно колеблется. В приведенной ниже таблице представлены параметры стоков, поступающих в приемный резервуар в процессе гидросмыва и при его отсутствии, а также параметры гомогенизированных в резервуаре стоков на выходе из резервуара для способа-прототипа и для предлагаемого способа.

Длительная эксплуатация резервуара с перемешиванием по предлагаемому способу (около 1,5 лет) показала эффективность его работы в течение всего периода без ремонта и при отсутствии постоянного наблюдения обслуживающего персонала. Система перемешивания обеспечивала стабильный состав стоков, подаваемых из резервуара в технологическую цепочку очистки и полный размыв имеющихся в резервуаре исходных отложений, а также их отсутствие в процессе дальнейшей эксплуатации, включая зоны, расположенные в углах резервуара.