RU2384528C1 - Device for microbiological purification of waste water - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: device for microbiological purification of waste water comprises: sections for primary settlement 1 and final purification 7, sections for anaerobic water treatment 3 and aerobic water treatment 4 with an aeration system 5 fitted with carriers for immobilising microorganism 6. Each section for primary settlement 1 and final purification 7 are divided by membranes 10 into two electrode chambers 11 with a working chamber 13 in between. At the centre of the membranes 10 there is a cavitation field source 16 and a system of filtering polyamide rods 17 with possibility of agitation. The bottom of the settlement section 9 is fitted with a valve 19 which is rigidly attached to a scraper 20.

EFFECT: more efficient purification of waste water and simplification of the design.

1 dwg

Description

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений.The invention relates to wastewater treatment and can be used to treat industrial and domestic wastewater from a wide range of dissolved and suspended organic compounds.

Известна установка биологической очистки сточных вод (патент РФ №2094395, опубл. 27.10.1997), включающая систему подогрева, последовательно расположенные в корпусе по ходу движения сточной воды секцию анаэробной обработки воды, секцию аэробной обработки воды с системой аэрации и секцию доочистки воды, которые выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками, причем секции анаэробной и аэробной обработки воды снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов. В корпусе перед секцией анаэробной обработки воды расположена секция отстаивания, разделенная перегородкой с образованием нижнего перелива на гидравлически сообщающиеся камеры первичного и тонкослойного отстаивания, секция доочистки воды включает вторую камеру тонкослойного отстаивания, при этом днища обеих секций выполнены с конусообразными углублениями, камеры тонкослойного отстаивания снабжены насадкой в виде рядов параллельных наклонных пластин из полимерного материала со скользящей верхней поверхностью и ребрами жесткости на нижней поверхности, а система подогрева установлена в камере первичного отстаивания. Также система аэрации секции аэробной обработки воды выполнена в виде дисковых аэраторов, установленных на воздуховодах, соединенных с источником сжатого воздуха.A known installation of biological wastewater treatment (RF patent No. 2094395, publ. 10/27/1997), including a heating system, sequentially located in the casing along the movement of wastewater, anaerobic water treatment section, aerobic water treatment section with aeration system and water purification section, which made in the form of a series of hydraulically interconnected adjacent chambers separated by vertical partitions, and the sections of anaerobic and aerobic water treatment are equipped with carriers for immobilizing microorganisms. In the case, in front of the anaerobic water treatment section, a sedimentation section is located, separated by a partition with the formation of a lower overflow into hydraulically connected primary and thin-layer sedimentation chambers, the water aftertreatment section includes a second thin-layer sedimentation chamber, while the bottoms of both sections are made with cone-shaped recesses, the thin-layer sedimentation chambers are equipped in the form of rows of parallel inclined plates made of a polymer material with a sliding upper surface and stiffeners on the bottom surface, and the heating system is installed in the primary sedimentation chamber. Also, the aeration system of the aerobic water treatment section is made in the form of disk aerators mounted on air ducts connected to a source of compressed air.

Недостатком известной установки является невысокая степень очистки, обусловленная тем, что в секциях для аэробного и анаэробного сбраживания сточных вод в результате слеживаемости происходит уплотнение осадка, что приводит к низкой биодоступности для микроорганизмов. Поэтому данная установка не обеспечивает полной очистки воды от примесей и спор бактерий и грибов. Кроме того, система подогрева слишком энергоемка.A disadvantage of the known installation is the low degree of purification, due to the fact that sediment compaction occurs in sections for aerobic and anaerobic digestion of wastewater as a result of caking, which leads to low bioavailability for microorganisms. Therefore, this installation does not provide complete purification of water from impurities and spores of bacteria and fungi. In addition, the heating system is too energy intensive.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод и упрощение конструкции.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of wastewater treatment and simplify the design.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемой установке микробиологической очистки сточных вод, включающей секции первичного отстаивания и окончательной очистки, секции анаэробной обработки воды и аэробной обработки воды с системой аэрации, снабженные носителями для иммобилизации микроорганизмов, каждая из секций отстаивания разделена мембранами на две электродные камеры, между которыми расположена рабочая камера, в которой в центре мембраны закреплен источник кавитационного поля и система фильтрующих полиамидных стержней с возможностью встряхивания, причем полиамидные стержни установлены в шахматном порядке с расстоянием между ними не менее 10 см, а дно секции отстаивания снабжено клапаном, жестко соединенным со скребком, причем корпуса секций первичного отстаивания и окончательной очистки выполнены из диэлектрического материала.The problem is solved in that in the inventive installation of microbiological wastewater treatment, including primary sedimentation and final treatment sections, sections of anaerobic water treatment and aerobic water treatment with aeration system, equipped with carriers for immobilizing microorganisms, each of the sedimentation sections is separated by membranes into two electrode chambers between which there is a working chamber in which a source of cavitation field and a system of filtering polyamide rods with the possibility of shaking, moreover, the polyamide rods are staggered with a distance of at least 10 cm between them, and the bottom of the sedimentation section is equipped with a valve rigidly connected to the scraper, and the bodies of the primary sedimentation and final cleaning sections are made of dielectric material.

Совмещение процессов отстаивания и кавитационной обработки интенсифицирует весь процесс очистки воды и приводит к уменьшению продолжительности стадии анаэробного сбраживания, а последовательное по ходу движения сточной воды расположение секций отстаивания в начале и в конце очистки сточных вод позволяет убрать секцию доочистки, что уменьшает габариты установки.The combination of the processes of sedimentation and cavitation treatment intensifies the entire process of water purification and leads to a decrease in the duration of the anaerobic digestion stage, and the sequential arrangement of sedimentation sections at the beginning and at the end of wastewater treatment allows you to remove the after-treatment section, which reduces the dimensions of the installation.

На чертеже представлен общий вид установки микробиологической очистки сточных вод.The drawing shows a General view of the installation of microbiological wastewater treatment.

Установка микробиологической очистки сточных вод включает по ходу движения сточной воды секцию первичного отстаивания 1 с патрубком подвода сточных вод 2, расположенным в верхней ее части, секцию анаэробной обработки воды 3 и аэробной обработки воды 4 с системой аэрации 5, которые снабжены носителями для иммобилизации микроорганизмов 6, и секцию окончательной очистки 7 с патрубком 8 для отвода очищенной воды, расположенным в конусообразном дне 9. Секции первичного отстаивания 1 и окончательной очистки 7 разделены мембранами 10 на две электродные камеры 11 с электродами 12, между которыми расположена рабочая камера 13. Электродные камеры 11 снабжены патрубками подвода 14 и отвода 15 электролита. В центре мембран 10 закреплен источник кавитационного поля 16, а по всему объему рабочей камеры 13 расположена система фильтрующих полиамидных стержней 17 с возможностью встряхивания, осуществляемого виброустройствами 18. В системе полиамидных стержней 17 полиамидные стержни установлены в шахматном порядке с расстоянием между ними не менее 10 см, а конусное дно секций первичного отстаивания 1 и окончательной очистки 7 снабжены клапанами 19, жестко соединенными со скребками 20, причем корпус секций первичного отстаивания 1 и окончательной очистки 7 выполнен из диэлектрического материала. Секция 4 аэробной обработки воды с системой аэрации в виде сообщенных с источником сжатого воздуха воздуховодов 21 с установленными на них дисковыми аэраторами 22, в качестве которых могут быть использованы пластинчатые мелкопузырчатые керамические, резиновые и другие дисковые аэраторы. Секции 3 и 4 анаэробной и аэробной обработки воды выполнены в виде ряда гидравлически сообщающихся смежных камер, разделенных вертикальными перегородками 23 с образованием поочередно верхнего и нижнего переливов, обеспечивающих в камерах вертикальные потоки с поочередно изменяющимся направлением, причем перелив сточной воды из секции первичного отстаивания 1 в секцию 3 анаэробной очистки воды и из секции 4 аэробной очистки воды в секцию окончательной очистки 7 осуществляют при помощи патрубков 24, 25 соответственно. Между секциями 3, 4 анаэробной и аэробной очистки воды в верхней части перегородки 26 установлен клапан прямого действия 27, обеспечивающий перелив воды только в одном направлении. Подачу постоянного электрического тока на электроды 12 осуществляют от источника питания 28.The microbiological wastewater treatment plant includes, in the direction of the wastewater, a primary sedimentation section 1 with a wastewater supply pipe 2 located in its upper part, anaerobic water treatment section 3 and aerobic water treatment section 4 with an aeration system 5, which are equipped with carriers for immobilizing microorganisms 6 , and the final cleaning section 7 with a pipe 8 for the removal of purified water located in the conical bottom 9. The primary sedimentation section 1 and the final cleaning section 7 are separated by membranes 10 into two electrodes chambers 11 with electrodes 12, between which the working chamber 13 is located. The electrode chambers 11 are equipped with nozzles for supplying 14 and removal of electrolyte 15. A source of cavitation field 16 is fixed in the center of the membranes 10, and throughout the entire volume of the working chamber 13 there is a system of filtering polyamide rods 17 with the possibility of shaking by vibration devices 18. In the system of polyamide rods 17, the polyamide rods are staggered with a distance between them of at least 10 cm and the conical bottom of the sections of the primary sedimentation 1 and final cleaning 7 are equipped with valves 19, rigidly connected to the scrapers 20, and the housing of the sections of the primary sedimentation 1 and final cleaning 7 made of a dielectric material. Section 4 of aerobic water treatment with an aeration system in the form of ducts 21 connected to a source of compressed air with disk aerators 22 installed on them, which can be used plate finely bubble ceramic, rubber and other disk aerators. Sections 3 and 4 of anaerobic and aerobic water treatment are made in the form of a series of hydraulically communicating adjacent chambers separated by vertical partitions 23 with the formation of alternately upper and lower overflows, providing vertical flows in the chambers with alternating directions, with the overflow of waste water from the primary sedimentation section 1 into section 3 of anaerobic water treatment and from section 4 of aerobic water treatment to final treatment section 7 is carried out using pipes 24, 25, respectively. Between sections 3, 4 of anaerobic and aerobic water treatment, a direct-acting valve 27 is installed in the upper part of the partition 26, which provides water overflow in only one direction. The supply of direct electric current to the electrodes 12 is carried out from a power source 28.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Перед началом работы устройства микробиологической очистки сточных вод в электродные камеры 11 при помощи патрубка 14 заливают электролит. Через патрубок 2 в рабочую камеру 13 подают сточные воды. После заполнения рабочей камеры 13 секции первичного отстаивания 1 на электроды 12 подают постоянный электрический ток от источника питания 28, под действием которого происходит поляризация фильтрующего материала системы полиамидных стержней 17, вследствие чего повышается их адсорбционная емкость. После обработки воды в секции первичного отстаивания 1 вода через патрубок 24 поступает в секцию 3 анаэробной очистки, где для содержащихся в сточных водах анаэробных микроорганизмов (дрожжей, микроскопических грибов, сульфатредуцирующих и гнилостных бактерий) начинается процесс сбраживания растворенной органики и ее частичная деструкция до более простых соединений (аминокислот, фосфор- и азотсодержащих соединений). Основные процессы деструкции органических веществ происходят в секциях 3 и 4 анаэробной и аэробной обработки воды с помощью свободноплавающих и иммобилизованных на носителях 6 форм микроорганизмов - деструкторов конкретных видов загрязнений. Осветленная вода с частично разложившейся органикой из секции первичного отстаивания 1 поступает через верхний перелив в первую камеру секции 3 анаэробной обработки воды, где происходит более полное разложение растворенной органики до более простых веществ. После последовательного прохождения сточной воды через камеры секции 3 анаэробной обработки осветленная сточная вода с разложившейся органикой поступает в секцию 4 аэробной обработки, где происходит окончательное разложение органических веществ (окислительно-восстановительный процесс), в частности денитрифицирующие микроорганизмы свободноплавающих и иммобилизованных на носителях форм разлагают азотистые соединения до нитратов и нитритов. При этом из-за отсутствия взвешенных веществ создаются благоприятные условия для биоценоза активного ила (отсутствия заиливания, застойных зон). В камеры секции 4 аэробной обработки через воздуховоды 21 и мелкопузырчатые дисковые аэраторы 22 от источника сжатого воздуховода 21 поступает воздух в виде мельчайших пузырьков размером до 100 мкм, что необходимо для обеспечения жизнедеятельности аэробных микроорганизмов и удаления газообразных продуктов распада. В секции 4 аэробной обработки в последней фазе очистки происходит полная минерализация активного ила, в результате чего он становится неспособным к загниванию, т.е. приобретает стабильные свойства. После секции 4 аэробной обработки очищенная вода через патрубок 25 поступает в секцию окончательной очистки 7, где происходит осаждение иловых частиц на поляризованные полиамидные стержни 17 под действием постоянного электрического тока. При длительной работе секций 1 и 7 на фильтрующем материале системы полиамидных стержней 17 удерживается настолько большое количество загрязнений, что они превращаются в пастообразную массу, что приводит к увеличению гидравлического сопротивление системы и препятствует протеканию очищаемой воды. Для увеличения производительности секций 1 и 7 предусмотрено в системе полиамидных стержней 17 расположение полиамидных стержней в шахматном порядке с расстоянием между ними не менее 10 см, что позволяет не снижать скорость протекания сточных вод. При отключении источника питания 28 подача электрического тока на электроды 12 прекращается, загрязнения освобождаются и потоком воды вымываются в виде густой массы через клапан 19. Иммобилизированные клетки не могут самостоятельно преодолеть естественные преграды фильтрующего материала, поэтому для разрушения этих комплексов производится обработка их кавитационным полем. В момент включения источника кавитационного поля 16 исходящие ультразвуковые волны, проходящие через загрязняющие вещества, задержанные на системе фильтрующих полиамидных стержней 17, под воздействием сил поверхностного натяжения создают разрывы, принимающие форму пузырьков. В момент захлопывания кавитационного пузырька возникает мощная гидравлическая ударная волна, которая оказывает разрушительное действие на органические соединения и микроорганизмы, тем самым сокращается время регенерации фильтрующих полиамидных стержней 17 и происходит обезвреживание полученного концентрата загрязняющих веществ, оседающего на конусообразное дно 9. После отключения источника кавитационного поля 16 с помощью виброустройств 18 систему полиамидных стержней 17 встряхивают, что позволяет повысить степень очистки системы полиамидных стержней 17. Для эффективного удаления осадка клапан 19 жестко соединен со скребком 20, который при открытии клапана 19 поворачивается на 360°, тем самым захватывая полностью иловый осадок с конусообразного дна 9. Из секции окончательной очистки 7 через патрубок 8 осуществляют отвод очищенной воды.Before you start the device microbiological wastewater treatment in the electrode chambers 11 using the pipe 14 fill in the electrolyte. Through the pipe 2 in the working chamber 13 serves wastewater. After filling the working chamber 13 of the primary sedimentation section 1, a constant electric current is supplied to the electrodes 12 from a power source 28, which polarizes the filter material of the polyamide rod system 17, thereby increasing their adsorption capacity. After treating the water in the primary sedimentation section 1, water through the pipe 24 enters the anaerobic treatment section 3, where for the anaerobic microorganisms contained in the wastewater (yeast, microscopic fungi, sulfate-reducing and putrefactive bacteria), the process of fermentation of the dissolved organics and its partial destruction to simpler ones begin compounds (amino acids, phosphorus and nitrogen compounds). The main processes of the destruction of organic substances occur in sections 3 and 4 of anaerobic and aerobic water treatment with the help of 6 floating forms of microorganisms - destructors of specific types of pollution - freely floating and immobilized on carriers 6. The clarified water with partially decomposed organic matter from the primary sedimentation section 1 enters through the upper overflow into the first chamber of the anaerobic water treatment section 3, where more complete decomposition of the dissolved organic matter to simpler substances occurs. After successive passage of the wastewater through the chambers of the anaerobic treatment section 3, the clarified wastewater with decomposed organics enters the aerobic treatment section 4, where the final decomposition of organic substances (redox process) takes place, in particular, denitrifying microorganisms of free-floating and immobilized forms support decomposition of nitrogen compounds to nitrates and nitrites. Moreover, due to the lack of suspended solids, favorable conditions are created for the biocenosis of activated sludge (lack of siltation, stagnant zones). Air in the form of tiny bubbles up to 100 microns in size is supplied to the chambers of the aerobic treatment section 4 through air ducts 21 and fine bubble aerators 22 from the source of compressed air duct 21, which is necessary to ensure the vital activity of aerobic microorganisms and the removal of gaseous decomposition products. In section 4 of the aerobic treatment, in the last purification phase, the full mineralization of activated sludge occurs, as a result of which it becomes incapable of decay, i.e. acquires stable properties. After section 4 of the aerobic treatment, purified water through the pipe 25 enters the final cleaning section 7, where sludge particles are deposited on polarized polyamide rods 17 under the influence of direct electric current. During prolonged operation of sections 1 and 7, so many contaminants are retained on the filter material of the polyamide rod system 17 that they turn into a paste-like mass, which leads to an increase in the hydraulic resistance of the system and prevents the flow of purified water. To increase the productivity of sections 1 and 7, the polyamide rods system 17 is provided with a staggered arrangement of polyamide rods with a distance between them of at least 10 cm, which allows not to reduce the flow rate of wastewater. When the power source 28 is turned off, the supply of electric current to the electrodes 12 is stopped, the contaminants are released and washed with a stream of water in the form of a thick mass through the valve 19. Immobilized cells cannot independently overcome the natural barriers of the filter material, therefore, to destroy these complexes, they are treated with a cavitation field. At the moment of switching on the source of the cavitation field 16, the outgoing ultrasonic waves passing through the contaminants trapped on the system of filter polyamide rods 17 create discontinuities in the form of bubbles under the influence of surface tension forces. At the moment of collapse of the cavitation bubble, a powerful hydraulic shock wave arises, which has a destructive effect on organic compounds and microorganisms, thereby reducing the regeneration time of the filter polyamide rods 17 and neutralization of the resulting contaminant concentrate settling on the conical bottom 9. After switching off the source of the cavitation field 16 using vibration devices 18, the system of polyamide rods 17 is shaken, which allows to increase the degree of purification of the system liamidnyh rods 17. To efficiently remove sludge valve 19 is fixedly connected with a scraper 20 which when opening the valve 19 is rotated by 360 °, thereby fully capturing yl precipitate with conical bottom 9. From 7 final purification section through the pipe 8 is carried out removal of purified water.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая установка обеспечивает осуществление полного цикла очистки сточных вод с различными видами загрязнений с высокой степенью очистки. Является компактной, мобильной, удобной и устойчивой в эксплуатации.Thus, in comparison with the prototype, the proposed installation provides a complete cycle of wastewater treatment with various types of pollution with a high degree of purification. It is compact, mobile, convenient and stable in operation.

Claims (1)

Установка микробиологической очистки сточных вод, включающая секции первичного отстаивания и окончательной очистки, секции анаэробной обработки воды и аэробной обработки воды с системой аэрации, снабженные носителями для иммобилизации микроорганизмов, отличающаяся тем, что каждая из секций первичного отстаивания и окончательной очистки разделены мембранами на две электродные камеры, между которыми расположена рабочая камера, в которой в центре мембраны закреплен источник кавитационного поля и система фильтрующих полиамидных стержней с возможностью встряхивания, причем полиамидные стержни установлены в шахматном порядке с расстоянием между ними не менее 10 см, а дно секции отстаивания снабжено клапаном, жестко соединенным со скребком, причем корпусы секций первичного отстаивания и окончательной очистки выполнены из диэлектрического материала. Microbiological wastewater treatment plant, including primary sedimentation and final treatment sections, anaerobic water treatment and aerobic water treatment sections with an aeration system, equipped with carriers for immobilizing microorganisms, characterized in that each of the primary sedimentation and final treatment sections is separated by membranes into two electrode chambers between which there is a working chamber in which in the center of the membrane a source of cavitation field and a system of filtering polyamide rods are fixed with the possibility of shaking, and the polyamide rods are staggered with a distance between them of at least 10 cm, and the bottom of the sedimentation section is equipped with a valve rigidly connected to the scraper, and the casings of the primary sedimentation and final cleaning sections are made of dielectric material.