EA027583B1 - Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод и способ биологической очистки и доочистки сточных вод - Google Patents

Abstract

Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод содержит биореактор (1), предназначенный для биологической очистки сточных вод, и устройство (2) фильтрования, предназначенное для доочистки биологически очищенных сточных вод. Устройство (2) фильтрования содержит насосную камеру (15), зону (33) осаждения, зону (35) фильтрования, включающую слой (37) фильтрующего материала, проницаемую донную решетку (34) и зону (55) накопления для доочищенной воды, расположенную между верхним уровнем слоя (37) фильтрующего материала и выходным отверстием (30) зоны (35) фильтрования. Впускное отверстие (26) для биологически очищенных сточных вод, поступающих из биореактора (1), и выпускное отверстие (77) служат выпускным отверстием для сточной воды и ила, образованных при обратной промывке зоны (33) осаждения и зоны (35) фильтрования и находятся в зоне (33) осаждения ниже проницаемой донной решетки (34) слоя (37) фильтрующего материала, и выпускное отверстие (77) соединено посредством соединительной трубы (25) с насосной камерой (15), при этом всасывающее отверстие (19) перекачивающего устройства (17, 63) расположено у дна насосной камеры (15), а выпускное отверстие (20) напорной трубы (18, 70) ведет из перекачивающего устройства (17, 63) в биореактор (1).

Description

Данное изобретение относится к устройству и способу, предназначенным для биологической очистки и доочистки сточных вод, в частности для индивидуальных систем обработки сточных вод.

Уровень техники

Система индивидуальной очистки сточных вод представляет собой способ отведения сточных вод от частных домовладений, отелей, небольших промышленных предприятий и других мелких изолированных источников в месте их происхождения, и она используется главным образом в тех случаях, когда отсутствует возможность подсоединиться к коллектору городской канализационной сети по техническим или экологическим причинам. Целью индивидуальных систем очистки сточных вод является создание гигиенически и экологически приемлемого способа сброса очищенной воды в поверхностные воды, либо в поглощающую ее почву, либо регенерация и повторное использование очищенной воды соответствующего качества в месте происхождения сточных вод.

Системы, осуществляющие первичную очистку сточных вод, состоят, главным образом, из септиктенка, в котором обеспечивается разделение осаждаемых и плавающих на воде твердых веществ при их одновременном анаэробном разложении. После первичной предварительной очистки сточные воды содержат взвешенные твердые вещества в концентрации 50-80 мг/л, ΒΘΌ5 140-200 мг/л, фекальные колибактерии 1000000 СШ/100 мл, при общем содержании фосфора 5-15 мг/л и общем содержании азота 40100 мг/л.

Вторичная, или биологическая очистка, очистка сточных вод посредством аэробного биологического процесса может уменьшить загрязненность сточных вод до содержания в них взвешенных твердых веществ в концентрации 15-30 мг/л, ΒΘΌ5 15-30 мг/л, фекальных колибактерии 25000-200000 СРИ/100 мл, при общем содержании фосфора 5-15 мл/л и общем содержании азота 40-100 мг/л.

Третий уровень, или уровень доочистки, направлен на дальнейшее сокращение содержания загрязняющих веществ, выражаемых как взвешенные твердые вещества и ΒΘΌ5, а посредством дезинфекции также фекальных колибактерии, и, возможно, питательных веществ - общего содержания фосфора и азота, при этом становится возможным достичь концентрации взвешенных твердых веществ и ΒΘΌ5 ниже 10мг/л, фекальных колибактерии ниже 200 СРи/100 мл, фосфора ниже 1 мг/л и 60-80% уменьшения общего содержания азота.

Во многих странах биологическая, т.е. вторичная, очистка сточных вод от мелких загрязнений является обычно минимальным требованием, соответствующим законодательным нормам. Одним из способов биологической очистки сточных вод является процесс активации, который может быть непрерывным или периодическим, в соответствии с используемым способом сброса. Недостаток систем с периодической работой состоит в том, что они представляют собой большую нагрузку для окружающей среды, в которую происходит сброс - грунтовые воды или поверхностные воды - во время коротких циклов сброса, по этой причине они не приемлемы на чувствительных территориях. Недостаток традиционных систем непрерывного действия заключается в их низкой устойчивости к изменяющейся нагрузке, что является причиной того, что осадок сточных вод вымывается из системы и ухудшает параметры очищенной воды; вытекающий осадок может забивать систему поглощения, предназначенную для сброса очищенных сточных вод в грунтовые воды.

Индивидуальные системы, имеющие стадию биологической очистки, предназначены, главным образом, для удаления органических загрязнений из сточных вод без удаления азота и фосфора, которые являются причиной разрастания водорослей (водорослевое цветение), и без удаления микробиологических загрязнений, которые могут вызывать различные заболевания при осуществлении регенерации и повторного использования очищенных сточных вод. Низкая стабильность эффективности очистки делает регенерацию и повторное использование очищенных сточных вод невозможными без последующей дорогостоящей очистки и увеличивает нагрузку на поверхностные и грунтовые воды и забивает системы поглощения.

Доочистка биологически очищенных сточных вод с целью уменьшить концентрацию ΒΟΌ5 и взвешенных твердых веществ также может устранить микробиологическое загрязнение и снизить концентрацию фосфора путем добавления химикатов в таком количестве, чтобы очищенные сточные воды можно было сбрасывать в том числе и в чувствительных территориях или повторно использовать.

Имеется два типа устройств, предназначенных для доочистки сточных вод. К первому типу относятся устройства, в которых используются интенсивные технологические способы, использующие различные типы фильтров, мембран и т.п., и которые характеризуются значительным потреблением электроэнергии, необходимостью использовать иногда химические реагенты или оборудование для автоматической периодической очистки и удаления загрязнений, задержанных на поверхности, а также в фильтрах и мембранах.

Другой тип представлен экстенсивными устройствами, которые характеризуются низким потреблением энергии или отсутствием потребления, не требуют использования химических реагентов и оборудования, но эти устройства исключают возможность непрерывно автоматически удалять загрязняющие вещества, задержанные в фильтрующем слое, и после определенного периода работы весь фильтрующий слой необходимо удалить, обезвредить и заменить новым, что связано со значительными расходами.

- 1 027583

Вопреки неоспоримым преимуществам экстенсивных устройств, технологическое оборудование для доочистки сточных вод используется все шире и шире, поскольку оно требует меньшей площади, его эффективность легче гарантировать и контролировать, его легче приспособить к изменяющейся нагрузке и перегрузке, загрязняющие вещества из него можно удалять автоматически и непрерывно, оно позволяет достичь одинаковых или превосходящих результатов по качеству доочищенных сточных вод по сравнению с экстенсивными системами, несмотря на то, что оно менее чувствительно к перемене сезонов.

В документе И8 5770081 описывается устройство для доочистки, предназначенное для индивидуальной очистки сточных вод с целью уменьшения количества взвешенных твердых веществ в стойках после ступени биологической очистки и уравнивания изменяющихся потоков. Устройство устанавливается внутри камеры осветления (также оно может устанавливаться позади камеры осветления) и соединяется с выпускной трубой, при этом устройство включает цилиндрическую установку, и биологически очищенная вода вытекает из конечного блока осветления через четыре вертикальных прорези в цилиндрической установке на выходе из конечной зоны осветления, имеющие ширину около 1/16, т.е. 1,6 мм и длину 23 см, что приводит к образованию зоны накопления в биологическом реакторе между минимальным и максимальным уровнями, и при этом контролируемое избыточное количество воды выливается. Это устройство также используется для доочистки сточных вод, поскольку сквозь прорези проходят только те частицы, размер которых не превосходит ширину прорезей. В прорезях также формируется биологическое обрастание, и оно также задерживает твердые вещества. После некоторого времени работы на прорезях начинает формироваться биологическое обрастание, оно, соответственно, забивается плавающими загрязняющими веществами, уровень воды поднимается во всем аппарате, поскольку вода может вытекать только сквозь расположенную выше часть прорези. Длина прорезей определяется, исходя из обеспечения достаточной площади потока даже в случае постепенного забивания между интервалами обслуживания, т.е. предполагается постепенное зарастание прорезей. Очистка прорезей происходит частично самопроизвольно, перелив воды сквозь прорези вызывает эрозию забитых участков, и та часть растительности, которая более не находится под водой, спустя некоторое время засыхает и отваливается. Этот способ очистки фильтрующего блока является ненадежным, неконтролируемым и может надежно удалять только частицы более крупные, чем ширина прорезей, и он решает только задачу удаления взвешенных и плавающих веществ.

В документе И8 6200472 В1 описана трехступенчатая система очистки (первичная, вторичная и третичная ступени) сточных вод, образованных в мелких источниках, в одном компактном аппарате. Первая ступень представляет собой резервуар для предварительной очистки, в котором сточные воды остаются для осаждения до начала анаэробного процесса, резервуар для активного ила, обеспечивающий отделение активного ила, и третья ступень представляет собой фильтрование и хлорирование в третьем резервуаре. Все эти резервуары соединены в одну систему и образуют компактное устройство. На выходе из ступени биологической очистки к третьей ступени установлена направляющая перегородка, которая состоит из двух тройниковых муфт таким образом, чтобы возможно присутствующие плавающие загрязняющие вещества с поверхности разделяющей части не вытекали и не попадали на третью ступень очистки. Фильтр, интегрированный с хлоратором, используется для удаления возможных загрязнителей. Принцип действия фильтра состоит в том, что биологически очищенная вода вытекает через направляющие перегородки, состоящие из двух тройниковых муфт, в вертикальный трубчатый фильтр, на большей части поверхности которого выполнены прорези. Фильтр используется для задержанных плавающих загрязнителей, которые могли выйти из ступени биологической очистки. В верхней части трубчатого фильтра также имеется место для таблетки хлора, который дезинфицирует очищенную воду. Недостаток этого способа состоит в том, что фильтр приходится регулярно очищать вручную по крайней мере дважды в год.

В документе И8 4608157 А описана установка для очистки сточных вод, предназначенная для индивидуальных домовладений, в которой используется процесс активизации ила; зона активного ила и зона окончательного осветления составляют часть системы, уровень воды в блоке фильтрования на выходе из зоны окончательного осветления может иметь нормальное или повышенное значение в зависимости от того, забит или нет блок фильтрования. Зона окончательной очистки соединена при помощи соединительной трубы с переливной камерой, которая также является камерой обратной промывки. Насос, который прокачивает промывную воду через фильтровальную ткань, установлен в переливной камере, и включение насоса определяется достижением определенного уровня воды в переливной камере. Аварийная прорезь, через которую протекает сточная вода при забивании блока фильтрования, выполнена в зоне окончательного осветления. Трубчатая система фильтрования работает с использованием фильтрования через фильтровальную ткань, и тканевый рукавный фильтр размещается горизонтально при нормальном уровне воды, поэтому, когда уровень воды повышается при значительном переливе поступающих сточных вод, он постепенно все более и более погружается в воду и тем самым увеличивает площадь фильтрования. Когда фильтр забит, уровень воды повышается до такого значения, при котором она переливается через аварийное выпускное отверстие и проходит мимо фильтра. Недостаток этого устройства заключается в том, что фильтрующий материал не находится в состоянии постоянного погружения в воду и при этом невозможно достичь подходящих условий для аэробного биологического обраста- 2 027583 ния. Эффективность этого фильтра ограничивается только доочисткой воды от крупных загрязнений и частиц ила. Еще один недостаток состоит в том, что частицы ила могут забивать фильтровальную ткань, поскольку зона для осаждения проходящих частиц ила не создана и поток, попадающий на фильтровальную ткань, не сбалансирован.

В документе υδ 4021347 А описано устройство, которое включает предварительную очистку, биологическую очистку и третичную очистку сточных вод, образованных в мелких источниках загрязнения, и при этом третичная очистка включает перфорированный лист и слой нетканого пластмассового волокна. Способ обратной промывки осуществляется водой, находящейся под давлением; такой способ очистки фильтра удаляет биологическое обрастание, и поэтому эффективность такого фильтра низка.

Одним из известных способов доочистки сточных вод является фильтрование через сыпучий материал, в основном песок, но также известны другие сыпучие и волокнистые материалы (например, цеолит, минеральные волокна и т.п.). Песочные фильтры представляют собой хорошо известное оборудование для фильтрования воды и сточных вод. Хорошо известны некоторые конструкции песочных фильтров таких, как безнапорные и напорные фильтры, медленные и быстрые песочные фильтры и, в зависимости от направления потока, песочные фильтры с нисходящим потоком и восходящим потоком. Самым простыми песочными фильтрами являются безнапорные фильтры с нисходящим потоком, которые состоят из резервуара с фильтрующей средой такой, как песок, и в них имеется впускное отверстие в верхней части резервуара, откуда поступает вода, находящаяся под давлением, и выпускное отверстие для отфильтрованной воды расположено в нижней части резервуара. Для того чтобы удалить застрявшие загрязнители, вода подается под давлением на слой фильтрующего материала от дна со скоростью достаточной для того, чтобы обеспечить текучесть слоя песка с тем, чтобы частицы песка пришли во вращательное движение и освободились от механических загрязнений. По окончании процесса промывки слой песка оседает, и сила тяжести вызывает скопление более крупных частиц в нижней части, а мелких частиц - в верхней части столба фильтрующей среды. Верхняя часть фильтра, содержащая самые мелкие частицы песка, захватывает большую, часть частиц загрязняющих веществ. Подобная система фильтрования не подходит для минимальных индивидуальных систем очистки сточных вод, поскольку просачивающиеся частицы ила могут легко ее засорить; более того, она нуждается в оборудовании для интенсивного промывания песка.

В соответствии со скоростью потока песочные фильтры делятся на следующие категории: стандартные песочные фильтры с нисходящим потоком: скорость фильтрации около 1-4 м/ч; стандартные быстрые песочные фильтры с нисходящим потоком: скорость фильтрации около 20-29 м/ч;

медленные традиционные песочные фильтры со скоростью фильтрации менее 0,4 м/ч, с нестратифицированным песком, неактивные;

быстрые напорные песочные фильтры - скорость фильтрации не более 9 м/ч, песок 0,6-1,2 мм.

Системы, которые не подвержены слишком быстрому засорению, не требуют интенсивной промывки фильтрующего слоя и являются медленными, подходят для индивидуальных систем очистки, при условии что они позволяют достичь достаточной эффективности. Эти системы сталкиваются с проблемой засорения - кольматажем фильтрующего слоя, который вызывает ухудшение пористости и проницаемости системы и снижает доступ кислорода. Эти факторы приводят к снижению эффективности очистки до состояния полного нарушения работы (засорению) системы доочистки.

В документе υδ 3870633 А описано устройство для третичной доочистки биологически (вторично) очищенных сточных вод. Устройство содержит уравнительный резервуар, который регулирует уровень при изменяющемся потоке, вытекающем из ступени биологической очистки, песочный фильтр с нисходящим потоком и трубопроводную систему для промывки фильтра. Недостаток состоит в том, что выравнивание потоков достигается при помощи поплавковых рам уровня и электромагнитных клапанов, что вызывает повышение капитальных и эксплуатационных затрат, а поскольку песочный фильтр работает на нисходящем потоке, это создает опасность засорения фильтра осажденными частицами ила непосредственно на слой фильтрующего материала.

Технические решения, связанные с фильтрами с восходящим потоком (например, υδ 2007289908 А1 или И8 6406218 В1), известны в области очистки дождевой воды; в них вертикальные стенки расположены в нижней части резервуара фильтра ниже решетки с фильтрующей средой, что препятствует взбалтыванию осадка в отстойнике. Фильтр также содержит механизм самоочищения путем обратной промывки после прекращения дождя, а именно через небольшое отверстие в нижней части, откуда часть содержимого отстойника может вытекать самопроизвольно. Еще одно техническое решение фильтра с восходящим потоком представляет собой решение, известное из документа υδ 4141824, в области водоснабжения и предназначенное для очистки сырой воды до состояния питьевой воды, в котором речная вода протекает вверх через фильтр со скоростью 6 дюймов/мин, т.е. около 9 м/ч. Вода для очистки подается в фильтр через отверстие в нижней части отстойника ниже несущей проницаемой донной решетки слоя фильтрующего материала. Нижняя часть отстойника, расположенная ниже донной решетки слоя фильтрующего материала, служит для удаления грубых загрязнений. Кроме того, отверстие для кратковременного слива воды из фильтра, которое служит для периодической обратной промывки, расположе- 3 027583 но в нижней части отстойника. Тем не менее, дождевая вода и сырая вода из установки для очистки воды отличается по характеру от сточных вод, поэтому решение проблемы обратной промывки и очистки фильтра требует иного подхода в случае сточных вод.

Из документа И8 2004026317 А1 известно, что микроорганизмы застревают главным образом в тонком слое фильтрующего слоя, где и образуется тонкая биопленка. Внутри этого слоя микроорганизмы уничтожаются другими бактериями или они застревают между частицами песка до тех пор, пока не погибнут. Неочищенная вода должна содержать кислород в количестве, достаточном для того, чтобы эти процессы могли протекать. Очищенная сточная вода после обработки активным илом также может содержать частицы активного ила, большего или меньшего размера, которые могут забивать поры водопроницаемого грунта или забивать отверстия оросительной системы. В подобных случаях в традиционных технологиях используется добавление химических реагентов для коагуляции и флокуляции до начала фильтрования. Благодаря действию химических реагентов, из мелких частиц образуются крупные, и они легко застревают в слое фильтрующего материала. Химические реагенты образуют при химической очистке сточных вод осадок, который может забивать поры фильтра и приводить к повышению стоимости доочистки и необходимости частых циклов промывки. Таким образом, в документе И8 2004026317 А1 третичная доочистка путем фильтрования используется после биологической очистки путем обработки активным илом без необходимости введения доз химических реагентов, при этом используется способность частиц активного ила в малых количествах инициировать процесс флокуляции взвешенных твердых веществ, присутствующих в очищенной воде до фильтрования, что повышает эффективность фильтрования и снижает количество взвешенных твердых веществ в очищенной воде после стадии доочистки. Кроме того, на поверхности фильтра образуется активный слой из незначительного количества активного ила, присутствующего перед фильтром, что улучшает характеристики воды отфильтрованной при помощи биологических процессов, которые происходят в подобном слое.

Общие представления об уровне техники и необходимости улучшения ее современного состояния

Такое технологическое оборудование, как песочные или цеолитовые медленные или напорные фильтры, мембранное фильтрование с введением или без введения доз химических реагентов, или такое пассивное оборудование, как различные типы почвенных фильтров, вертикальных песочных фильтров, влаголюбивая растительность для доочистки и т.п., используются, главным образом, для третичной доочистки сточных вод в устройствах для очистки коммунально-бытовых сточных вод и в небольших установках по очистке сточных вод. Традиционные песочные фильтры и другие фильтры с сыпучим или волокнистым фильтрующим материалом подвержены засорению, если их использовать в установках для очистки коммунально-бытовых сточных вод, поскольку из финансовых соображений невозможно использовать обычно применяемые способы обратной промывки, которые сложны в технологическом отношении, имеют высокую частоту отказов, требуют частого обслуживания; другой проблемой являются значительные колебания в образовании сточных вод - поэтому фильтры должны иметь большие размеры и по этой причине обычно не применяются. Мембранные устройства для фильтрования имеют преимущество в том, что они способны удалять микробиологические загрязнения без добавления химических реагентов, эти устройства в форме так называемых активных мембран также используются в последнее время в домовых установках для очистки сточных вод, но они относительно дорогие, и их эксплуатация и обслуживание также более сложные и дорогие. Чаще всего для доочистки биологически очищенных сточных вод используются пассивные экстенсивные системы, которые не представляют жестких требований к технологии оборудования и обслуживания, они легко встраиваются в природные экосистемы, но они требуют много места, в особенности, если они должны принимать переменные нагрузки.

Целью данного изобретения является усовершенствования песочных фильтров, предназначенных для использования в индивидуальных системах, таким образом, чтобы фильтр стал практически необслуживаемым с автоматической обратной промывкой с целью устранения засорения фильтра и чтобы эффективность фильтра приближалась или превосходила эффективность устройств с мембранными фильтрами. При этом результаты очистки сточных вод должны быть сравнимыми с результатами, получаемыми при использовании мембранных устройств, но при значительно низких расходах на приобретение, эксплуатацию и обслуживание.

Сущность изобретения

Указанная выше цель решается и недостатки известных устройств для биологической очистки сточных вод и способа биологической очистки и доочистки очищенных сточных вод в значительной мере устраняются путем использования устройства для биологической очистки и доочистки биологически очищенных сточных вод и способа биологической очистки и доочистки сточных вод, предложенным в настоящем изобретении. Устройство для биологической очистки и доочистки биологически очищенных сточных вод содержит биореактор, предназначенный для биологической очистки сточных вод, в котором используется система с активным илом, и устройство фильтрования, предназначенное для доочистки биологически очищенных сточных вод. Сущность технического решения заключается в том, что устройство фильтрования содержит насосную камеру, зону осаждения и зону фильтрования, включающую слой фильтрующего материала и зону накопления для доочищенной воды, расположенную между верхним уровнем слоя фильтрующего материала и выпускным отверстием из зоны фильтрования. Впускное от- 4 027583 верстие для биологически очищенных сточных вод, выходящих из биореактора, находится в зоне осаждения ниже проницаемой донной решетки слоя фильтрующего материала, и в предложенном варианте выполнения оно может служить выпускным отверстием для сточных вод и ила при обратной промывке зон осаждения и фильтрования. Это отверстие соединено посредством соединительной трубки с насосной камерой, при этом всасывающее отверстие насоса расположено у дна насосной камеры, а выпускное отверстие напорной трубы, выходящей из перекачивающего устройства, ведет в биореактор.

С точки зрения промывания зоны осаждения, желательно, чтобы устройство фильтрования содержало зону накопления воды, которая соединена с зоной осаждения посредством отверстия, при этом зона осаждения и зона накопления предназначены для биологически очищенных сточных вод, а зона фильтрации предназначена для доочищенных сточных вод.

С точки зрения эксплуатационных расходов на обслуживание и минимизации частоты отказов данного устройства, важно отметить, что биологически очищенная вода, поступающая из биореактора, поступает в зону устройства фильтрования ниже слоя фильтрующего материала, где создается зона осаждения, расположенная ниже слоя фильтрующего материала таким образом, что во время медленного повышения уровня воды через большую площадь слоя фильтрующего материала крупные частицы активного ила могут оседать в зоне, расположенной ниже слоя фильтрующего материала, при соответствующих условиях, когда влекущая сила потока при повышении уровня воды меньше скорости оседания крупных частиц ила, а мелкие частицы активного ила могут скапливаться, образуя более крупные частицы, и оседать на дно зоны осаждения, подобно крупным частицам, либо благодаря естественному свойству активного ила вызывать коагуляцию, либо с помощью определенных доз химических агентов, вводимых до входа в зону осаждения.

Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод в предпочтительном варианте выполнения имеет встроенную зону задержания, созданную в биореакторе, которая служит для уравновешивания и удержания изменяющегося расхода потока при его колебаниях с использованием дроссельного отверстия регулятора потока в выпускном отверстии биореактора.

С точки зрения эффективности фильтрования и площади слоя фильтрующего материала, важно отметить, что регулирование с помощью дросселя расхода на выходе из биореактора и использование встроенной зоны задержания с целью исключения кратковременного пикового потока сточных вод, а также с целью накопления сточной воды, образующейся при обратной промывке устройства фильтрования, в зоне задержания биореактора позволяет достичь медленного, сбалансированного потока биологически очищенной сточной воды в устройство фильтрования, что означает экономию площади фильтрования при сохранении максимальной нагрузки на слой фильтрующего материала в пределах медленного фильтрования 0,2-0,4 м/ч и снижение доз используемых коагулянтов, и при этом сбалансированный поток биологически очищенной воды не завихряет ил, осевший на дне насосной камеры и зоны осаждения в устройстве фильтрования.

Предпочтительно, чтобы впускное и выпускное отверстия для сточной воды и ила, образовавшихся при обратной промывке зон осаждения и фильтрования, представляет собой одно и то же отверстие.

С точки зрения защиты слоя фильтрующего материала от засорения со стороны зоны осаждения, расположенной ниже слоя фильтрующего материала, предпочтительно, чтобы проницаемая донная решетка слоя фильтрующего материала была изготовлена из тонких листов из нержавеющего металла, перфорированных по всей поверхности с диаметром отверстий 0,3-0,6 мм и имеющих гладкую поверхность, которая удерживает плавающие частицы активного ила в зоне осаждения и препятствует засорению слоя фильтрующего материала, при этом возможное биологическое обрастание вокруг отверстий в металлическом листе легко разрыхляется во время обратной промывки слоя фильтрующего материала.

В предпочтительном варианте выполнения высота зоны осаждения под проницаемой донной решеткой слоя фильтрующего материала находится в пределах 10-15 см.

С точки зрения эффективности промывания зоны осаждения устройства фильтрования предпочтительна небольшая высота зоны осаждения, например 10-15 см для лучшего промывания осевшего ила, там, где возможность выполнения частой активации обратной промывки в течение дня позволяет сконструировать эту зону с меньшим объемом, поскольку отсутствует необходимость учитывать любое накопление ила на дне зоны осаждения. Поскольку ил не остается в зоне осаждения длительное время, анаэробный процесс не происходит, слой осевшего ила не затвердевает на дне, и его легко удалить со дна во время обратной промывки.

Предпочтительно, чтобы слой фильтрующего материала был изготовлен из кварцевого песка, частицы которого имеют размер 0,3-0,8 мм, при максимальной высоте слоя фильтрующего слоя материала 30 см, а площадь слоя фильтрующего материала выводится из скорости фильтрования песочного фильтра 0,2-0,4 м/ч.

С точки зрения эффективности этого устройства для доочистки сточных вод, важно, чтобы слой фильтрующего материала был не выше, чем приблизительно 30 см, оптимально 15 см, что означает, что использование соответствующего тонкого слоя песка и присутствие остаточного растворенного кислорода в биологически очищенных сточных водах и остаточного содержания нитратов как химического источника кислорода, приводит к тому, что во всем слое фильтрующего материала сохраняется содержание

- 5 027583 кислорода, что создает благоприятные условия для роста аэробных бактерий, которые для своего роста предпочитают наличие кислорода, и неблагоприятные условия для развития анаэробных биологических организмов, которые могли бы засорять слой фильтрующего материала. Активный ил, задержанный между зернами песка постоянно потребляется аэробными микроорганизмами, которые размножаются быстрее при высоком поступлении органического вещества, при этом не происходит анаэробный процесс, который мог бы привести к засорению слоя фильтрующего материала, поскольку частая обратная промывка и незначительная высота слоя фильтрующего материала не создают условий для таких процессов, при этом рост аэробных микроорганизмов также эффективен в подавлении патогенных микроорганизмов, что позволяет осуществлять рециркуляцию воды без использования химических реагентов.

Предпочтительно, чтобы песок использовался в качестве фильтрующей среды для дезинфекции биологически очищенных сточных вод хлорсодержащим реагентом, поскольку во время подъема воды через слой фильтрующего материала, изготовленный из мелкого зернистого песка, излишний хлор в биологически очищенной воде в значительной мере удаляется на поверхности песчинок, где выделяются пузырьки газообразного хлора, и тем самым уменьшается содержание хлора в доочищенной воде над фильтрующим слоем, что является предпочтительным в случае использования такой дезинфицированной воды для полива декоративных комнатных растений при повторном использовании воды.

Предпочтительно, если в качестве фильтрующего материала используется кварцевый песок с размером зерна 0,3-0,8 мм, который является долговечным, недорогим благодаря используемому способу обратной промывки он не теряется во время промывания и легко может быть промыт потоком воды.

Устройство для фильтрования можно разместить внутри биореактора или его можно разместить в отдельном резервуаре, который присоединяется к биореактору сзади, например так, как показано на примерах выполнения изобретения.

С точки зрения эксплуатационных расходов на обслуживание и минимизации частоты отказов устройства, важно, что обратная промывка устройства фильтрования осуществляется автоматически несколько раз в день в течение коротких промежутков времени, и, таким образом, фильтрующее устройство обладает высокой способностью к самоочистке, благодаря своей конструкции и многократным автоматическим обратным промывкам и практически не требует обслуживания или замены фильтрующего материала. Устройство фильтрования способно постоянно и самопроизвольно самоочищаться даже в случае значительного вытекания ила из ступени биологической очистки во время огромной гидравлической нагрузки на биореактор, поскольку повторяющаяся обратная промывка постепенно промывает устройство фильтрования от избыточных отложений ила в зоне осаждения устройства фильтрования, расположенной ниже слоя фильтрующего материала.

С тоски зрения эффективности данного устройства при доочистке сточных вод, важно, что обратная промывка фильтрующего слоя осуществляется путем медленного обратного протекания доочищенной воды через слой фильтрующего материала сверху вниз под действием силы тяжести таким образом, что насосной камере, которая гидравлически соединена с камерой фильтрования и, таким образом, они образуют сообщающееся сосуды, уровень воды падает благодаря работе насоса, что также вызывает падение уровня воды в зоне фильтрования, при этом эта промывка должна запускаться несколько раз в день на короткие интервалы времени, что благоприятно сказывается на биологической регенерации слоя фильтрующего материала, которая обеспечивает значительную часть процессов доочистки сточных вод, и тем самым обратное промывание помогает обеспечить баланс между полезными живыми организмами, застрявшими в слое фильтрующего материала, и чрезмерным разрастанием биомассы, которая может засорять слой фильтрующего материала.

С точки зрения эффективности обратной промывки, важно, что биологически очищенная вода из биореактора поступает в зону осаждения устройства фильтрования со сбалансированной скоростью потока, которая ниже, чем скорость потока перекачиваемых насосом сточных вод, образованных при обратной промывке, поскольку при этом перекачиваемый объем воды и ила, образованных при обратной промывке, накапливается во время коротких циклов обратной промывки в зоне удержания биореактора и он медленно перетекает в насосную камеру через дроссельное отверстие регулятора потока, позволяя тем самым воде и илу, образованным при обратной промывке, течь безнапорно за счет силы тяжести, из зоны осаждения, зоны фильтрования и зоны накопления фильтра в насосную камеру.

Предпочтительно, чтобы дезинфекция биологически очищенной воды обеспечивалась за счет медленного растворения пастилок, содержащих дезинфицирующие средство на основе хлора, до того, как она поступит в зону осаждения устройства фильтрования, что в значительной мере уничтожает патогенные микроорганизмы, и в результате чего становится возможным безопасное повторное использование воды.

Предпочтительно, чтобы по верх фильтрующего слоя песка в зоне накопления доочищенной воды всегда находился слой очищенной воды, высота которого определяется дном выпускного отверстия устройства фильтрования и который препятствует высыханию и растрескиванию поверхности фильтра даже в период нулевого притока. Высота слоя может изменяться; она, по возможности, должна позволить установить всасывающий насос для третично очищенной воды для дальнейшего использования этой очищенной воды. Зоны накопления для доочищенной воды может служить в качестве резервуара для по- 6 027583 вторного использования воды, например, для смыва в туалете.

В данном изобретении усовершенствуется фильтрование с помощью песочного фильтра с целью использования ее в индивидуальных системах, предназначенных для обработки сточных вод, таким образом, что песочный фильтр становится практически не обслуживаемым, с автоматической обратной промывкой, засорение фильтра исключается и эффективность фильтра приближается к эффективности мембранных устройств фильтрования или превосходит их. Это приводит к тому, что результаты очистки сточных вод сравнимы с результатами мембранных устройств, но при значительно меньших затратах на приобретение, эксплуатацию и обслуживание.

Краткое описание чертежей

Далее сущность изобретения будет разъяснена на примерах его выполнения, описание которых основано на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее/

Фиг. 1а - биореактор и устройство фильтрования объединенные в устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод (пример 1).

Фиг. 2а, Ь - устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод, в котором устройство фильтрования установлено в отдельном резервуаре, находящимся позади биореактора (пример 2).

Фиг. 3 - устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод, в котором устройство фильтрования установлено в отдельном резервуаре, который прикреплен к биореактору (пример 3).

Примеры вариантов выполнения изобретения

Пример 1.

На фиг. 1 показана устройство 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод, предназначенное для индивидуального домовладения, которое состоит из биореактора 1, предназначенного для биологической очистки сточных вод, в котором используется система с активным илом, и устройство 2 фильтрования предназначенное для доочистки биологически очищенных сточных вод, при этом биореактор 1 и фильтрующее устройство 2 объединены в одно устройство 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод.

Устройство 75, предназначенное для биологической очистки и доочистки сточных вод, имеет впускное отверстие 3, выпускное отверстие 4, дно 5, корпус 6 и съемную крышку 7. Впускное отверстие 3 устройства 75 также служит впуском в биореактор 1. Биореактор 1 содержит зону 8 активации и зону 9 окончательного осветления. Зона 8 активации и зона 9 окончательного осветления имеют гидравлическую связь посредством отверстия 53. На дне зоны 9 окончательного осветления имеется всасывающее отверстие 72 пневмонасоса 56, предназначенное для перекачивания осевшего активного ила через выпускное отверстие 57 пневмонасоса 56 в зону 8 активации. Биореактор 1 содержит встроенную зону 10 задержания, предназначенную для накопления избыточной сточной воды от индивидуального домовладения при пиковых нагрузках и сточной воды, образованной при обратной промывке устройства 2 фильтрования, между нормальным и максимальным рабочими уровнями воды в биореакторе 1. Зона 9 окончательного осветления биореактора 1 содержит регулятор 11 потока с дроссельным отверстием 12, расположенным на нормальном рабочем уровне воды на выпускной трубе 13, выходящей из зоны 9 окончательного осветления. Регулятор 11 потока содержит отверстие 14 для аварийного сброса биологически очищенной сточной воды при достижении максимально рабочего уровня воды в биореакторе 1. Выпускная труба 13, выходящая из зоны 9 окончательного осветления ведет в насосную камеру 15 устройства 2 фильтрования.

Устройство 2 фильтрования имеет впускное отверстие 52, выпускное отверстие 30 и содержит насосную камеру 15 и зону осаждения 33 и зону фильтрования 35.

Насосная камера 15 встроена в зону 8 активации биореактора 1 в виде вертикальной трубы 16, неподвижно закрепленной на дне 5 биореактора 1 таким образом, что круглый участок, определенный областью контакта трубы 16 и дна 5 биореактора 1, также служит дном насосной камеры 15. Уровень воды в насосной камере 15 такой же, как и уровень воды в биореакторе 1 во время процесса очистки. Внутри насосной камеры 15 находится певмонасос 17, всасывающее отверстие 19 которого расположено на дне насосной камеры 15, и выпускное отверстие 20 трубы 16 пневмонасоса 17 расположено выше максимального рабочего уровня воды в зоне 8 активации биореактора 1. Труба пневмонасоса 17 заканчивается вытяжным отверстием 21. Труба 16 насосной камеры 15 содержит выпускное отверстие 22, которое соединено с соединительной трубой 25, расположенной между насосной камерой 15 и дном 23 зоны 33 осаждения. Соединительная труба 25 соединена со впуском 26 в зону 33 осаждения через ее дно 23 и оканчивается ниже проницаемой донной решетки слоя 37 фильтрующего материала. Впускное отверстие 26 для биологически очищенных сточных вод также служит выпускным отверстием 77 для воды и ила, образованных при обратной промывке устройства 2 фильтрования. Обводная труба 28 через отверстие 27 проходит в соединительную трубу 25 между насосной камерой 15 и дном 23 зоны 33 осаждения. Выпускное отверстие 29 обводной трубы 28 расположено выше максимального рабочего уровня воды в биореакторе 1 и ведет в место 54 сбора сточных вод. Выше проницаемой донной решетки 34 зона 35 фильтрования содержит слой 37 фильтрующего материала, который выполнен из свободного насыпного слоя кварцевого песка с размером зерна 0,6-0,8 мм; высота слоя 37 фильтрующего материала равна 15 см. Площадь поверхности слоя 37 фильтрующего материала имеет величину, соответствующую расчетной

- 7 027583 скорости фильтрования 0,2-0,4 м/ч при медленном фильтровании. Проницаемая донная решётка фильтра выполнена из перфорированного листа нержавеющего материала с диаметром отверстий 0,4-0,5 мм. Высота зоны 33 осаждения от дна 23 до проницаемой донной решетки 34 фильтра составляет 10 см. Зона 36 накопления для биологически очищенной воды отделена от зоны 35 фильтрования разделенной стенкой 40, и в своей нижней части она гидравлически связана с зоной 33 осаждения через отверстие 67, расположенное на дне 23 зоны 33 осаждения. Уровень воды в зоне 36 накопления для биологически очищенной воды такой же, как уровень воды в биореакторе 1 во время процесса очистки. Зона накопления 55 для доочищенной воды расположена между нормальным рабочим уровнем доочищенной воды в зоне 35 фильтрования и верхним уровнем слоя 37 фильтрующего материала. Уровень воды в зоне 55 накопления для доочищенной воды определяется нижним краем выпускного отверстия 30 в зоне 35 фильтрования во время процесса очистки. Между нормальным рабочим уровнем доочищенной воды в зоне накопления 55 для доочищенной воды и нормальным рабочим уровнем воды в биореакторе 1 имеется гидростатический напор около 10 см, которого достаточно для того, чтобы создать гидростатическое давление, и вызвать гравитационное течение воды через слой 37 фильтрующего материала. Выпускное отверстие 30 выпускной трубы 41 зоны 35 фильтрования соединено с всасывающим отверстием 42 пневмонасоса 43 для доочищенной воды, при этом его выпускное отверстие 44 ведет в место 54 сбора сточных вод. Выпускная труба 4 устройства 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод включает место 54 сбора сточных вод с отверстием 45, предназначенным для отбора и выпуска сточных вод. На трубе 46, предназначенной для подвода сжатого воздуха к пневмонасосу 17 в насосной камере 15 находится электромагнитный клапан 47, которым управляет выключатель 48 с часовым механизмом с регулируемым интервалом открытия и закрытия. Воздуходувка 49 является источником сжатого воздуха для приведения в действие пневмонасосов 17, 43, 56, а также для аэрации зоны 8 активации. После того, как съемные крышка 7 устройства 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод, а затем и крышка 32 зоны фильтрования буду открыты, становится возможным заменить или промыть слой 37 фильтрующего материала. Сточная вода из индивидуального домовладения поступает через впускное отверстие 3, предназначенное для неочищенных сточных вод, в устройство 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод и в биореактор 1. В биореакторе 1 происходит биологическая очистка при использовании системы с активным илом в зоне 8 активации; смесь активного ила и сточных вод протекает через отверстие 53 корпуса 51 в зону 9 окончательного осветления; в зоне 9 окончательного осветления биологически очищенная вода отделяется от активного ила, который опускается на дно, а затем она возвращается в процессе очистки при помощи пневмонасоса 56. Зона 9 окончательного осветления оборудована регулятором 11 потока, который при помощи дроссельного отверстия 12 на выходной трубе 13 зоны 9 окончательного осветления препятствует вытеканию биологически очищенных сточных вод со скоростью потока, равной скорости потока сточных вод, поступающих из индивидуального домовладения, и сточных вод и ила, образованных при обратной промывке устройства 2 фильтрования, в биореактор 1; накопившийся объем сточных вод остается в зоне 10 задержания биореактора 1, которая создается между нормальным и максимальным рабочими уровнями в биореакторе 1. Биологически очищенная сточная вода со сбалансированной скоростью потока вытекает из зоны 9 окончательного осветления самотеком через впускное отверстие 52 устройства 2 фильтрования в насосную камеру 15, в которой более крупные и более тяжелые частицы взвешенных твердых веществ оседают на дно, а биологически очищенная сточная вода с более мелкими частицами взвешенных твердых веществ поднимается благодаря действию гидростатического давления, вызванного разницей уровней воды в биореакторе 1 и в зоне 35 фильтрования в устройстве 2 фильтрования, через соединительную трубу 25 в зону 33 осаждения ниже проницаемой донной решетки 34 слоя 37 фильтрующего материала. В зоне 33 осаждения мелкие частицы взвешенных твердых веществ объединяются в более крупные частицы и опускаются на дно, а биологически очищенные сточные воды, не содержащие осажденных частиц, медленно поднимаются благодаря действию гидростатического давления через проницаемую донную решетку 34 вверх через слой 37 фильтрующего материала. После определенного времени работы устройства 75 для биологической очистки сточных вод и доочистки биологически очищенных сточных вод на поверхности и внутри слоя 37 фильтрующего материала образуется биопленка - обрастание, состоящее из бактерий, которые питаются органическими веществами, застрявшими внутри слоя 37 фильтрующего материала; и подавляют развитие патогенных бактерий, или микробное загрязнение биологически очищенных сточных вод. Слой 37 фильтрующего материала обеспечивает идеальные условия для размножения этих бактерий, поскольку фильтрующий материал постоянно находится в воде, не высыхает и его поверхность не растрескивается благодаря сохранению слоя доочищенной воды в зоне 55 накопления для доочищенной воды, расположенной выше слоя 37 фильтрующего материала, биологически очищенные сточные воды содержат остаточный растворенный кислород, образованный в результате процесса активации, или остаточное количество нитратов, которые образуют химический источник кислорода, препятствуя тем самым возникновению анаэробных процессов в слое 37 фильтрующего материала, и репродукции анаэробных бактерий, которые могут забивать слой 37 фильтрующего материала. В то же время, популяции микробов в слое 37 фильтрующего материала поддерживается в равновесии за счет частых кратковременных обратных промывок. Доочищенные сточные воды собираются выше слоя 37 фильтрующего материала в зоне 55 накопления для доочищенной воды между

- 8 027583 нормальным рабочим уровнем доочищенной воды, который определяется выпускным отверстием 30 в выпускной трубе 41 и верхним уровнем слоя 37 фильтрующего материала, в то время, когда доочищенные сточные воды перекачиваются из зоны 35 фильтрования при помощи пневмонасоса 43, предназначенного для доочищенной сточной воды, через выпускное отверстие 44 пневмонасоса 43 в выпускную трубу 4 устройства 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод через место 54 сбора сточных вод.

В том случае, если объем зоны 10 накопления между нормальным и максимальными рабочими уровнями биологического реактора 1 недостаточен для временного удержания поступающих сточных вод, биологически очищенная вода протекает через отверстие 14, предназначенное для аварийного сброса, регулятора потока 11, через насосную камеру 15 в зону 33 осаждения. Если засорение слоя 37 фильтрующего материала достигает критического значения, биологически очищенная вода поднимается в вертикальной обводной трубе 28 и втекает в выпускную трубу 4 из устройства 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод через место 54 сбора сточных вод.

Обратная промывка устройства 2 фильтрования, которая запускается путем управления электромагнитным клапаном 47 воздуховода 46, проходящего в пневмонасос 17 в насосной камере 15, служит для предотвращения засорения слоя 37 фильтрующего материала. В выключателе 48 с часовым механизмом установлены временные интервалы открытия и закрытия электромагнитного клапана 47, например, интервал времени для состояния закрытия устанавливается равным 1,5 ч, а интервал времени состояния открытия устанавливается равным 10 с, и эти временные интервалы последовательно чередуются на протяжении всего дня.

Обратная промывка также служит для очистки зоны 33 осаждения от отложений ила. Механизм обратной промывки характеризуется тем, что выключатель 48 с часовым механизмом вызывает открытие электромагнитного клапана 47, который запускает работу пневмонасоса 17 в насосной камере 15; всасывающее действие пневмонасоса 17 вызывает падение уровня воды в насосной камере 15 до уровня ниже выпускного отверстия 22, которое соединено посредством соединительной трубы 25 с выпускным отверстием 77 в зоне 33 осаждения, что приводит к вытеканию воды самотеком вниз из зоны 35 фильтрования и зоны 36 накопления; при этом уровень воды падает медленнее в зоне 35 фильтрования при протекании воды через слой фильтрующего материала, и он падает быстрее в зоне 35 накопления для биологически очищенной воды. Медленно падающая вода вызывает мягкую обратную промывку слоя песка, при котором из слоя 37 фильтрующего материала вымываются только мертвые остатки бактерий и избыточно скопившийся биоматериал и загрязнители, застрявшие между зернами песка, через проницаемую донную решетку 34 слоя 37 фильтрующего материала в зону 33 осаждения. Быстро падающий уровень воды в зоне 36 накопления вызывает быструю промывку всей зоны 33 осаждения с последующим удалением осевшего ила и ила, образованного при обратной промывке камеры 35 фильтрования, при этом сточные воды и ил, образованные в результате обратной промывки, протекают через выпускное отверстие 77, через соединительную трубу 25 в насосную камеру 15, откуда сточная вода и ил, образованные в результате обратной промывки, перекачиваются в зону 8 активации биореактора 1 при помощи пневмонасоса 17. Обратная промывка 2 фильтрования продолжается только 10 с, но она повторяется несколько раз в день. Этим путем можно достичь того, что слой 37 фильтрующего материала постоянно автоматически промывается доочищенной водой, а зона 33 осаждения промывается биологически очищенной сточной водой. Сточная вода, образованная при обратной промывке, перекачивается в зону 8 активации биореактора 1, где она появляется как приток в зону 9 окончательного осветления через отверстие 53. Регулятор 11 потока в зоне 9 окончательного осветления препятствует быстрому вытеканию воды из зоны 9 окончательного осветления в насосную камеру 15 и в зону 33 осаждения, и тем самым достигается эффективная обратная промывка, поскольку скорость потока сточной воды, образованной при обратной промывке при перекачивании из насосной камеры 15 в зону 8 активации, а затем в зону 9 окончательного осветления выше, чем скорость потока биологически очищенной сточной воды из зоны 9 окончательного осветления в насосную камеру 15.

Пример 2.

На фиг. 2а, Ь показано устройство 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод, предназначенное для индивидуального домовладения, которое состоит из биореактора 1, предназначенного для биологической очистки сточных вод при использовании системы с активным илом, и устройства 2 фильтрования предназначенное для доочистки биологически очищенных сточных вод, при этом устройство 2 фильтрования установлено в отдельном резервуаре позади биореактора 1.

Выпускная труба 13 из зоны 9 окончательного осветления проходит в насосную камеру 15 устройства 2 фильтрования.

Устройство 2 фильтрования имеет впускное отверстие 52, выпускное отверстие 30, дно 60, корпус 61 и съемную крышку 62. Резервуар устройства 2 фильтрования имеет цилиндрическую форму. Устройство 2 фильтрования разделено вертикальной разделительной стенкой 59 на насосную камеру 15, зону 33 осаждения и зону 35 фильтрования, при этом дно 60 устройства 2 фильтрования также служит дном для зоны 33 осаждения и насосной камеры 15. Насосная камера 15 содержит погружной грязевый насос 63, у которого всасывающее отверстие 19 расположено на дне насосной камеры 15, а выпускное отверстие 20

- 9 027583 напорной трубы 70 погруженного грязевого насоса 63 расположено выше максимального рабочего уровня воды в зоне 8 активации биореактора 1. Насосная камера 15 и зона 33 осаждения имеет гидравлическую связь посредством трубы 25. Выпускное отверстие 22 соединительной трубы 25 в насосной камере 15 расположено на минимальном рабочем уровне доочищенной воды в зоне 35 фильтрования. Соединительная труба 25 соединена с впускным отверстием 26, ведущим в зону 33 осаждения через разделительную стенку 59 около дна 60 устройства 2 фильтрования ниже проницаемой донной решетки 34 слоя 37 фильтрующего материала. Впускное отверстие 26 для биологически очищенных сточных вод также служит выпускным отверстием 77 для воды и ила, образованных при обратной промывке устройства 2 фильтрования. Обводная труба 28 проходит в насосную камеру 15 и открывается впускным отверстием 27; выпускное отверстие 29 обводной трубы 28 ведет в выпускную трубу 41, идущую от устройства 2 фильтрования. Выше слоя 37 фильтрующего материала расположена зона накопления 55 доочищенной воды, которая также служит резервуаром для доочищенной воды для насоса, который служит выпуском очищенной воды с целью ее использования для смывания туалета, полива декоративных комнатных растений и подобных целей, и не показан на фиг. 2а, 2Ь, и который имеет всасывающее отверстие 64 на всасывающей трубе 71, расположенное в зоне 55 накопления доочищенной воды. Работой насоса 63 управляет выключатель 48 с часовым механизмом, которой имеет регулируемые интервалы выключения и включения. После того, как съемная крышка 62 устройства 2 фильтрования будет открыта, возможно заменить или промыть слой 37 фильтрующего материала. Устройство 2 фильтрования можно, кроме того, установить позади биореактора 1.

На фиг. 2а показан аппарат 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод во время процедуры фильтрации, а на фиг. 26 показан тот же аппарат во время процедуры обратной промывки.

Насосная камера 15 может содержать дозирующее устройство 73 для химического реагента в форме вертикальной трубы с крышкой 76 и отверстиями 74 в нижней части. Дозирующее устройство 73 содержит растворимые пастилки, содержащие хлор в качестве дезинфицирующего средства.

Доочищенная вода накапливается выше слоя 37 фильтрующего материала. Нормальный рабочий уровень воды в зоне 35 фильтрования определяется выпускным отверстием 30 выпускной трубы 41, выходящей из зоны 35 фильтрования, через которую самотеком из резервуара 58 устройства 2 фильтрования вытекает доочищенная вода. Минимальный рабочий уровень в зоне 35 фильтрования определяется выпускным отверстием 22 соединительной трубы 25, находящимся в насосной камере 15, через которое протекает сточная вода, образованная при обратной промывке. В зоне 35 фильтрования остается некоторое количество воды в зоне 55 накопления для доочищенной воды между нормальным и минимальным рабочими уровнями, достаточное для повторного использования, например, для смыва в туалете или для полива декоративных комнатных растений, даже после выполнения обратной промывки устройства 2 фильтрования.

Для того чтобы предотвратить засорение слоя 37 фильтрующего материала, периодически запускается обратная промывка устройства 2 фильтрования путем управления насосом 63 в насосной камере 15. У выключателя 48 с часовым механизмом имеются установленные временные интервалы для включения и выключения насоса 63, например, интервал простоя устанавливается равным 1,5 часам, а интервал работы устанавливается равным 10 секундам, и эти временные интервалы последовательно чередуются на протяжении всего дня.

Обратная промывка также служит для очистки зоны 33 осаждения от отложений ила. Механизм обратной промывки характеризуется тем, что выключатель 48 с часовым механизмом запускает насос 63 в насосной камере 15, всасывающее действие насоса 63 вызывает падение уровня воды в насосной камере 15, которая я связана посредством соединительной трубы 25 с выпускным отверстием 77 в зоне 33 осаждения. Когда уровень воды в насосной камере 15 падает ниже выпускного отверстия 22, то за счет гидростатического напора между насосной камерой 15 и зоной 35 фильтрования или зоной 36 накопления биологически очищенной воды вода начинает вытекать самотеком из зоны 35 фильтрования и зоны 36 накопления вниз, падая медленнее в зоне 35 фильтрования через слой фильтрующего материала, и падая быстрее в зоне 36 накопления для биологически очищенной воды. Сточная вода, образованная при обратной промывке протекает через выпускное отверстие 77 в зоне 33 осаждения и через соединительную трубу 25 в насосную камеру 15, из которой она перекачивается в зону 8 активации биореактора 1 при помощи насоса 63.

Пример 3.

На фиг. 3 показано устройство 75 для биологической очистки и доочистки сточных вод, предназначенное для индивидуального домовладения, которое состоит из биореактора 1, предназначенного для биологической очистки сточных вод при использовании системы с активным илом, и устройство 2 фильтрования, предназначенное для доочистки биологически очищенной сточной воды, при этом устройство 2 фильтрования установлено в отдельном резервуаре, который присоединен к резервуару биореактора 1 и, таким образом образует с ним один узел.

Выпускная труба 13, выходящая из зоны 9 окончательного освещения ведет в насосную камеру 15 устройства 2 фильтрования.

Устройства 2 фильтрования имеет впускное отверстие 52, выпускное отверстие 30 и содержит на- 10 027583 сосную камеру 15, зону 33 осаждения и зону 35 фильтрования. Насосная камера 15 встроена в зону 8 активации биореактора 1 в форме вертикальной трубы 16, которая крепится ко дну 5 биореактора 1. Насосная камера 15 содержит пневмонасос 17 с отверстием 19 для всасывания, которое расположено около дна насосной камеры 15, а выпускное отверстие 20 пневмонасоса 17 расположено выше максимального рабочего уровня воды в зоне 8 активации биореактора 1 и заканчивается вытяжным отверстием 21. В трубе 16 насосной камеры 15 имеется выпускное отверстие 22, которое соединено с соединительной трубой 25, проходящей между насосной камерой 15 и зоной 33 осаждения. Соединительная труба 25 соединена с впускным отверстием 26 зоны 33 осаждения ниже проницаемой донной решетки слоя 37 фильтрующего материала. Впускное отверстие 26 для впуска биологически очищенной воды также служит выпуском 77 для воды и ила, образованных при обратной промывке устройства 2 фильтрования. Устройство для введения доз раствора химического реагента, например, для удаления фосфора, ведет в соединительную трубу 25 через впускное отверстие 65 трубы 66 дозирующего устройства для химического реагента. Введение доз жидкого химического реагента также можно обеспечить путем введения трубы 66 дозирующего устройства в насосную камеру 15 или в зону 9 окончательного осветления.

Промышленное применение

Устройство и способ, предназначенные для биологической очистки и доочистки сточных вод, согласно данному изобретению, можно использовать для очистки с целью повторного использования сточных вод, полученных от мелких, изолированных источников загрязнений, в частности для решения проблем децентрализованной очистки сточных вод. Качество очищенной воды отвечает строгим критериям в отношении удаления азота и фосфора из сточных вод, санитарного состояния сточных вод, включая удаление вирусов, следовательно, такое устройство для очистки также можно использовать для слива в поверхностные воды на чувствительных территориях, где существует риск эвтрофикации поверхностных вод, для слива в поверхностные воды, пригодные для отдыха и плавания, и для слива в грунтовые воды; или очищенную воду можно использовать для слива туалетов, полива, стирки белья, мытья машин и т.п.

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод, содержащее биореактор (1), предназначенный для биологической очистки сточных вод, устройство (2) фильтрования, предназначенное для доочистки биологически очищенных сточных вод, систему регулирования потока биологически очищенных сточных вод в устройство (2) фильтрования и систему обратной промывки, при этом устройство (2) фильтрования содержит зону (33) осаждения, зону (35) фильтрования со слоем (37) фильтрующего материала, проницаемой донной решеткой и зоной (55) накопления доочищенной воды, отличающееся тем, что зона (55) накопления для доочищенной воды находится между верхним уровнем слоя (37) фильтрующего материала и выпускным отверстием (30) из зоны (35) фильтрования; впускное отверстие (26) для биологически очищенной сточной воды, поступающей из биореактора (1), находится в зоне (33) осаждения, расположенной ниже слоя (37) фильтрующего материала; при этом максимальная толщина слоя (37) фильтрующего материала составляет 30 см; система регулирования потока биологически очищенной сточной воды в устройство (2) фильтрования включает расположенную в биореакторе (1) и образующую с ними одно целое зону (10) задержания, предназначенную для уравновешивания и сохранения расхода потока при его колебаниях с использованием дроссельного отверстия (12) в регуляторе (11) потока у выпускной трубы (13) биореактора (1); в устройстве (2) фильтрования расположена система обратной промывки, содержащая насосную камеру (15), зону (36) накопления воды, которая соединена с зоной (33) осаждения посредством отверстия (67), при этом зона (33) осаждения и зона (36) накопления воды предназначены для биологически очищенной сточной воды, а зона (35) фильтрования предназначена для доочищенной сточной воды; кроме того, система обратной промывки содержит перекачивающее устройство (17, 63), расположенное у дна насосной камеры (15); выпускное отверстие (77), служащее для выпуска сточной воды и ила, образованных при промывке зоны (35) фильтрования и зоны (33) осаждения, расположено в зоне (33) осаждения ниже проницаемой донной решетки (34) слоя (37) фильтрующего материала, и выпускное отверстие (77) соединено посредством соединительной трубы (25) с насосной камерой (15), при этом всасывающее отверстие (19) перекачивающего устройства (17, 63) расположено у дна насосной камеры (15), а выпускное отверстие (20) напорной трубы (18, 70) ведет от перекачивающего устройства (17, 63) в биореактор (1).
2. 2. Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что одно и то же отверстие служит и в качестве впускного отверстия (26), и в качестве выпускного отверстия (77) для слива сточной воды и ила, образованных при обратной промывке зоны (33) осаждения и зоны (35) фильтрования.
3. 3. Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что проницаемая донная решетка (34) слоя (37) фильтрующего материала выполнена из перфорированного листа нержавеющего металла с диаметром отверстий в пределах от 0,3 до 0,8 мм.
4. 4. Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что высота зоны (33) осаждения между дном (60, 23) и проницаемой донной решеткой (34) слоя (37) фильт- 11 027583 рующего материала находится в пределах от 10 до 15 мм.
5. 5. Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что слой (37) фильтрующего материала изготовлен из песка с размером зерна 0,3-0,8 мм, а площадь слоя (37) фильтрующего материала выводится из скорости фильтрования песочного фильтра, которая составляет 0,2-0,4 м/ч.
6. 6. Устройство для биологической очистки и доочистки сточных вод по п.1, отличающееся тем, что устройство (2) фильтрования установлено внутри биореактора (1) или размещено в отдельном резервуаре, имеющем боковые стенки (61), дно (60) и крышку (62).
7. 7. Способ биологической очистки и доочистки сточных вод, применимый в индивидуальных системах очистки сточных вод с помощью устройства согласно пп.1-6, таким образом, что неочищенные сточные воды очищают биологически в биореакторе (1), биологически очищенные сточные воды отделяют от активного ила и далее биологически очищенные сточные воды очищают на третьей ступени очистки, проходя доочистку, в устройстве (2) фильтрования, при этом устройство (2) фильтрования очищают путем обратной промывки, отличающийся тем, что биологически очищенные сточные воды подают при сбалансированном расходе потока из биореактора (1) в зону (33) осаждения устройства (2) фильтрования, где осуществляют осаждение взвешенных частиц;

   биологически очищенные сточные воды, не содержащие осевших частиц, очищают путем фильтрования таким образом, чтобы они медленно поднимались под действием гидростатического давления, вызванного гидростатическим напором между уровнем воды внутри биореактора (1) и уровнем воды внутри зоны (35) фильтрования, через проницаемую донную решетку (34) слоя (37) фильтрующего материала;

   очистку слоя (37) фильтрующего материала осуществляют путем периодической обратной промывки, и механизм промывания характеризуется тем, что перекачивающее устройство (17, 63) периодически запускают и через впускное отверстие (26) зоны (33) осаждения устройство (17, 63) выкачивают воду из зоны (33) осаждения, а далее под действием гидростатического давления уровень воды в зоне (35) осаждения и в зоне (36) накопления начинают опускать, при этом во время обратной промывки уровень воды опускают медленнее через слой (37) фильтрующего материала и опускают быстрее в зоне (36) накопления; при этом медленно падающая вода в слое (37) фильтрующего материала вызывает мягкую обратную промывку слоя (37) фильтрующего материала, что способствует сохранению биологической популяции в слое (37) фильтрующего материала, а быстро падающий уровень воды в зоне (36) накопления вызывает быструю промывку зоны (33) осаждения и тем самым удаляет осевший ил и ил, образованный при обратной промывке, из зоны (33) осаждения в насосную камеру (15).
8. 8. Способ биологической очистки и доочистки сточных вод по п.7, отличающийся тем, что сбалансированный расход потока биологически очищенных сточных вод из биореактора (1) в зону (33) осаждения поддерживают ниже, чем расход потока перекачиваемой сточной воды и ила, образованных при обратной промывке устройства (2) фильтрования перекачивающим устройством (17, 63).
9. 9. Способ биологической очистки и доочистки сточных вод по п.7, отличающийся тем, что перед доочисткой биологически очищенных сточных вод биологически очищенные сточные воды, втекающие в зону (33) осаждения, являются уже физически и химически обработанными, например, посредством УФ-лампы с целью осуществить дезинфекцию и химическую коагуляцию фосфора.