способ биологической очистки сточных вод и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ биологической очистки сточных вод, включающий их пропускание через систему водных секций с высшими водными растениями, отличающийся тем, что сточную воду предварительно очищают в отстойниках, пропускание ведут через каскадно расположенные секции, выполненные в виде емкостей, причем вначале вода поступает в емкость с манником, а затем последовательно в емкости с камышом, аиром, ирисом и рогозом с последующим падением ее в водобойный колодец.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по завершении вегетации с растений срезают цветоносы с семенами и укладывают их равномерно по поверхности емкостей, остальную массу срезают выше поверхности сточной воды на 5 - 10 см и удаляют, а очистительную систему примывают чистой водой и изолируют от отрицательной зимней температуры.

3. Устройство для очистки сточных вод, содержащее систему открытых секций с высшими водными растениями, отделенных друг от друга перегородками, отличающееся тем, что каждая секция выполнена в виде емкости прямоугольной формы с жесткими стенками, ширина которой не менее 1,5 м, глубина 1,2 - 1,3 м и длина не менее 2 м, и снабжена двойной фильтрующей стенкой, состоящей из ячеистой стенки, снабженной треугольным водосливом и жестко закрепленной в емкости, и выполненной с возможностью вертикального перемещения относительно нее другой ячеистой стенки с двумя ячеистыми перегородками внутри, жестко закрепленными на боковых стенках и дне емкости, отстоящими от двойной фильтрующей стенки на 20 - 25 см, между которыми размещен инертный материал: у дна крупнозернистый - слоем 15 - 20 см, а над ним мелкозернистый с размером зерна на 1 - 2 мм больше, чем диаметр пор перегородок, на 10 - 15 см ниже бортов перегородок, с образованием между ячеистой перегородкой и двойной фильтрующей стенкой щелевого водобойного колодца, причем емкости соединены между собой в каскад через общие ячеистые стенки с расположением каждой из емкостей на 25 - 30 см ниже предыдущей и сообщением их друг с другом последовательно через треугольные водосливы, щелевые водобойные колодцы и двойные фильтрующие стенки.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что внутренние ячеистые перегородки и двойные ячеистые стенки выполнены сплошными, на 15 - 20 см ниже уровня инертного материала, причем двойная стенка устроена с возможностью перемещения одной относительно другой вертикально, а у первой и последней емкостей каскада передние стенки выполнены сплошными и подножие передней стенки последней емкости снабжено водобойным колодцем.

5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено тепличным сооружением, расположенным над каскадом.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к биологическим способам очистки сточных вод и может быть использовано для очистки загрязненных промышленных стоков химических заводов, пищевых и перерабатывающих предприятий.

Известен способ биологической очистки сточных вод путем пропускания их через пруды, занятые высшими водными растениями: камышом, рогозом, тростником, ежеголовником, сусаком, осокой, манником, элодеей, урутью, рдестом, роголистником и ряской. При этом достигается высокая степень очистки от органических загрязнений и минеральных солей. Однако способ сложен в осуществлении: необходимо поддерживать густоту культивируемых растений в прудах, требуются большая площадь очистных сооружений и большие затраты на удаление накопившихся загрязнителей и восстановление функции очистных прудов; отсутствует последовательное размещение растений.

Известный способ очистки сточных вод животноводческих комплексов требует относительно больших по площади прудов, эксплуатация возможно только в теплое время года (не более шести месяцев), у него отсутствует система управления очистным процессом.

Наиболее близким решением к предлагаемому способу и устройству является система очистки сточных вод по авт. св. N 812761. Она принимается за прототип.

Система очистки сточных вод по прототипу включает устройство для очистки сточных вод, содержащее систему открытых секций с высшими водными растениями, отделенными друг от друга перегородками. Каждая из секций снабжена приемной камерой для сточных вод, состоит из системы оптически прозрачных дырчатых труб и заканчивается отстойником для лучшего обеспечевания оседания взвешенных частиц и последующего вывода загрязнений за пределы системы. Биологическая очистка идет за счет образования биопленки и затем уже корневой системы высших растений. Емкость отстойника быстро исчерпывает свои функции. В нижних частях его возникают вихревые потоки, которыми выносится твердый осадок различной фракции, коллоидные вещества, здесь же периодическое удаление осадка через патрубок требует не малое количество сточной воды, которую необходимо возвращать в систему очистки. Все это значительно замедляет и удорожает процесс очистки, как и его устройство. Прозрачные трубы покрываются биологической пленкой и быстро утрачивают предназначенные им функции. В секции вода слишком быстро проходит между днищем канала и днищем поддонов с водной растительностью, что снижает эффект биологической очистки.

К тому же система не работоспособна в зимнее время и при низких положительных температурах воздуха (апрель, ноябрь).

Цель предлагаемого изобретения - усиление интенсивности очищения сточных вод независимо от времени года.

Указанная цель достигается тем, что в способе биологической очистки сточных вод, содержащем предварительную очистку, очистку водными растениями, согласно предлагаемому решению, после предварительной очистки сточная вода стекает на каскадную систему секций, выполненных в виде очистительных емкостей с высшими водными растениями, причем вначале поступает в емкость с манником, затем последовательно перетекает в емкости с камышом, аиром, ирисом, рогозом с падением в конце каскада в водобойный колодец.

Указанная цель достигается также тем, что по завершению вегетации срезают с растений цветоносы с семенами и укладывают равномерно по всей поверхности, остальную массу срезают выше поверхности сточной воды на 5 - 10 см и удаляют, а очистительную систему промывают чистой водой и изолируют от отрицательной зимней температуры.

Для этого в устройстве для очистки сточных вод, включающем систему открытых водных секций с водными растениями, согласно предлагаемому решению, открытые водные секции выполнены в виде очистительных емкостей с жесткими стенками прямоугольной формы шириной не менее 1,5 м, глубиной 1,2 - 1,3 м и длиной не менее 2,0 м, с двумя ячеистыми стенками и каскадным устройством 2 - 6 (фиг. 1); в емкостях внутри между ячеистыми перегородками содержится инертный двухслойный материал.

На фиг. 1 - 3 представлены параметры и функциональное назначение отдельных узлов устройства очистного каскада.

Для составления очистительного каскада изготавливают емкости 2 - 6 (фиг. 1), например бетонные, железные или полимерные, шириной 1,5 м, длиной не менее 2,0 м и глубиной 1,2 - 1,3 м. Такие размеры, по нашим исследованиям, обеспечивали эффективную очистку сточных вод Шебекинского химического завода Белгородской области по производству моющих средств. Размеры можно увеличивать, за счет ширины и длины в расчете на объем стекающей воды. Глубина 1,2 - 1,3 м обеспечит максимальное развитие корневой системы водных растений, играющих основную роль в очищении сточной воды.

Емкости 2 - 6 перегораживают внутри ячеистыми перегородками 9 на расстоянии 20 - 25 см от передних и задних стенок и между ними пространство заполняют инертным материалом 7 и 8 (песком, полимерными шариками и др.) на 10 - 15 см ниже бортов емкостей системы с диаметром на 1,0 - 1,5 мм большим диаметра ячеек перегородок 9 (фиг. 1). У самого дна пространство заполняют крупным инертным материалом 8 диаметром, например, не менее 1,0 см, слоем 15 - 20 см, ускоряющим циркуляцию сточных вод у дна емкостей и устраняющим застойные явления. Перегородки и передние и задние стенки образуют щелевые водобойные колодцы 10 (фиг. 1). Все это обеспечивает закрепление водных растений в емкостях, развитие их корневой системы, циркуляцию сточной воды сквозь инертный материал и корневую систему. В щелевых колодцах 10 происходит дополнительное очищение воды за счет окисления воздухом, которым обогащается сточная вода при падении ее с водослива 13 в пространство между стенками емкостей (фиг. 1).

Инертный материал 7 и 8 служит для закрепления водных растений и механической очистки сточной воды, замедления скорости ее движения.

Переднюю стенку 11, кроме первой и последней емкости, устраивают двойной ячеистой, причем, одна из них со свободным вертикальным перемещением, а вторая закреплена жестко и имеет водослив 13 с углом выреза 30 - 120^o и с лотком 14 и обращена в сторону водобойного колодца 10. Передвижная ячеистая стенка со скобой 12 (фиг. 1 и 2) регулирует скорость движения и уровень сточной воды в емкостях 2 - 6 путем частичного или полного перекрытия отверстий ячеистой стенки 11, обеспечивает в целом регулирование очистительного процесса (фиг. 1, 3).

Первая емкость 2 и последняя емкость 6 в каскаде выполнена со сплошной передней стенкой с целью улучшения очищения на входе и выходе сточной воды и для поддержания устойчивого уровня сточной воды в каскаде.

Ячеистые перегородки 9 внутри емкостей и двойные фильтрующие стенки 11 устраивают сплошными, на 15 - 20 см ниже уровня инертного материала 7 (фиг. 1, 2). Этим принуждается прохождение сточной воды сквозь инертный материал и вокруг корней водных растений и выход ее на водослив 13.

Для усиления аэрации сточной воды и выхода ее на водосливы емкости заполняют инертным материалом 7, расположенным ниже их бортов на 10 - 15 см (фиг. 1), а у дна располагают крупнозернистый материал 8.

Водобойный колодец 15 с камнями служит дополнительным средством очищения сточной воды (фиг. 1 и 3) и обогащения ее кислородом.

Легкое тепличное сооружение 16 (фиг. 3) обеспечивает круглогодичное функционирование очистительной системы.

Емкости 2 - 6 имеют дно и соединяются в каскад с понижением по отношению к предыдущей на 25 - 30 см, что исключает проникновение сточной неочищенной воды в почвогрунтовую толщу, создает турбулентность потока в щелевых колодцах 10, обогащение сточной воды кислородом. С передвижением ее от одной к другой емкости расширяется и углубляется процесс очищения.

Предлагаемая система работает в следующем порядке.

Сточная вода химического завода после очищения ее в аэротенках через подводную трубу 1 (фиг. 1) с высоты 20 - 30 см, стекает в щелевой колодец 10 очистительной емкости 2 с манником. Сточная вода через ячеистую стенку 9 проходит сквозь инертный материал 7 и 8 и по щелевому колодцу 10 у сплошной передней стенки емкости поднимается к треугольному водосливу 13, стекает на лоток 14, распластывается и падает с высоты 20 см в щелевой колодец 10 очистительной площадки 3, вызывая в нем турбулентность, проходит через ячеистую стенку 9 в инертные материалы 7 и 8 с корневой системой камыша, и так последовательно на четвертую очистительную емкость с аиром, пятую с ирисом, шестую с рогозом (фиг. 1). Из последней очистительной емкости 6 очищенная сточная вода через водослив 13 и лоток 14 с метровой высоты падает в водобойный колодец 15 с камнями, покрытыми водорослями. Здесь вода дополнительно очищается, обогащается кислородом, стекает в естественные водоемы или возвращается для повторного использования. Эффективность такой последовательности очистки и расположение растений установлены экспериментально.

Для круглогодичного беспрерывного функционирования над очистительным каскадом сооружается тепличное легкое сооружение, где тепло в зимнее время поддерживается сточной водой, а в теплое время года в нем формируется "тропический климат", за счет сильного испарения воды и накопления тепла, что значительно усиливает рост водных растений и их очистительную функцию.

В конце вегетации срезают метелки, султаны с семенами высших растений и застилают ими поверхность очистительных емкостей. В султанах и метелках семена прорастают, не смываются сточной водой. Затем срезают оставшуюся часть надземной массы водных растений с высотой стебля 5 - 10 см выше уровня сточной воды, что исключает смещение срезанных метелок и султанов сточной водой к одной стороне очистительной площадки и создает возможность поступления через стебли кислорода к корням водных растений. Все это, наряду с тепличным сооружением, обеспечивает беспрерывное функционирование предлагаемой очистительной системы.

Наши исследования каскадной системы очищения сточных вод Шебекинского химического завода показали высокую эффективность. После последовательного передвижения сточной воды через очистительную емкость с манником, затем камышом, аиром, ирисом, рогозом концентрация вредных веществ в исходной сточной воде (фосфатов, аммонийного азота, нитритов, соединений железа, нефтепродуктов) снижалась до ПДК, увеличивалось в воде количество растворенного кислорода, улетучивался неприятный запах. Вода становилась пригодной для сброса в естественные водоемы, для повторного использования.

В целом каскад несложен в изготовлении. Для емкостей можно использовать низкосортные бетонные, кирпичные, железные материалы. Для ячеистых перегородок можно использовать списанные решетки с зерноочистительных машин ОВП-20 А, СВУ - 5 и другие. Стены тепличного сооружения (до высоты емкостей) можно возвести из листов шифера, горбыля и между ними пространство заполнить опилками, сухим навозом, сухой глиной и т.д. Тепло в теплице будет в основном поддерживаться сточной водой. Все другие материалы, как и водные растения, доступны, находятся на месте и не требуют дальней перевозки.