СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к комбинированным способам обработки и обеззараживания воды с применением нескольких химических компонентов и физических воздействий для получения чистой воды в замкнутом контуре.
Система предназначена для очистки следующих видов вод: сточные воды (фекальные и бытовые), нефтесодержащие воды, природные воды из открытых и подземных источников для технических целей.
Система состоит из трех функциональных блоков: предварительной очистки, коагуляции-флотации, доочистки и обеззараживания.
Первый блок служит для первичной очистки воды путем выделения из нее крупных фракций посредством фильтрации и отстаивания.
В блоке коагуляции-флотации осуществляется смешивание воды с коагулянтом в струйном аппарате и последующая обработка ультразвуковой кавитацией. Дальнейшее взаимодействие частиц загрязнений с коагулянтом происходит в реакционной емкости внутри центральной обечайки флотатора-коагулятора. После укрупнения осуществляется их удаление посредством флотации. Флотатор-коагулятор содержит корпус, состоящий из концентрически расположенных круглых в плане обечаек, между внутренней и средней из которых организована камера флотации; конической перегородкой в верхней части аппарата между наружной и внутренней обечайками сформированы камера сбора и удаления пены, а также емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды, при этом в конструкции полностью отсутствуют подвижные детали, удаление пены и отвод обработанной воды осуществляются самотеком. Для осуществления процесса флотации часть обработанной во флотаторе-коагуляторе воды возвращается насосом через струйный аппарат, подсасывающий атмосферный воздух, и систему аэраторов в камеру флотации.
Блок доочистки и обеззараживания обеспечивает доочистку воды смешением ее с озоно-воздушной смесью, генерируемой из осушенного атмосферного воздуха в озонообразующей лампе УФ-излучения, вторичной обработкой ультразвуковой кавитацией и фильтрацией с применением на финальной стадии обработки УФ-излучением.
Принципиальная схема системы очистки воды представлена на фигуре 1.
Известны устройства стационарных комплексов и станций переработки сточных вод, описанные в источниках [1], [2], [3], [4], [5] и мобильных судовых [6], [7], [8], [9].
Наиболее близкой по технической сущности является полезная модель RU 93390 «Установка очистки воды».
Признаками наиболее близкого аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой модели являются:
- использование в технологическом процессе обработки воды озонирования, фильтрации и УФ-облучения;
- генерация озоно-воздушной смеси в агрегате УФ-облучения между кварцевым чехлом и УФ-лампой;
- применение надзагрузочного объема фильтра в качестве контактной емкости для осуществления окисления примесей и обеззараживания.
Общими недостатками данных объектов являются следующие:
- неудовлетворительные массо-габаритные показатели установок и комплексов;
- высокое энергопотребление;
- длительность процесса переработки, обусловленная многостадийностью;
- необходимость расходных материалов (химических реагентов, сменных картриджей и т.д.);
- сложность конструкции;
- отсутствие стадии доочистки;
- очищенные воды не всегда удовлетворяют требованиям регламентирующей нормативной документации.
Причинами, препятствующими получению технического результата, обеспечиваемого полезной моделью при использовании устройства по прототипу являются:
- невозможность очистки высококонцентрированных загрязненных вод вследствие отсутствия в процессе обработки коагуляции и флотации примесей;
- необходимость очень частой промывки и регенерации фильтрующей загрузки вследствие быстрого ее загрязнения осадком сточных вод;
- недостаточное обеззараживание воды при очистке стоков, вызванное относительно низкой дозой озона, генерируемой в агрегате УФ-облучения;
- отсутствие стадии доочистки.
Задачей полезной модели является повышение эффективности очистки сточных и природных вод и уменьшение массогабаритных характеристик.
Существенными признаками заявленной полезной модели, отличительными от наиболее близкого аналога являются:
- применение трех функциональных блоков: предварительной очистки, коагуляции-флотации, доочистки и обеззараживания. Это дает возможность оптимизации и автоматизации работы системы при изменяющемся качестве входящих на очистку вод, снижает энергопотребление;
- использование в первом блоке отстаивания и фильтрации позволяет упростить конструкцию и обеспечить, удаление крупных фракций загрязнений. Это позволит обеспечить стабильное качество воды, поступающей на вторую стадию очистки, снижает дозу коагулянта и повышает надежность установки;
- применение ультразвукового кавитатора за эжектором позволяет получить не только первичное обеззараживание воды кавитацией, но и обеспечить качественное ее перемешивание с коагулянтом. Нагрев, сопровождающий кавитационную обработку, дополнительно ускоряет коагулирование загрязнений в воде. Кроме того, в предлагаемой конструкции аппарата отсутствуют подвижные детали, что повышает надежность работы системы в целом;
- использование флотатора-коагулятора для удаления укрупненных частиц загрязнений. Флотатор-коагулятор содержит корпус, состоящий из концентрически расположенных круглых в плане обечаек, между внутренней и средней из которых организована камера флотации; конической перегородкой в верхней части аппарата между наружной и внутренней обечайками сформированы камера сбора и удаления пены, а также емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды, при этом в конструкции полностью отсутствуют подвижные детали, удаление пены и отвод обработанной воды осуществляются самотеком, повышается эффективность обработки воды за счет рациональной организации гидродинамических потоков;
- применение рециркуляции обработанной во флотаторе-коагуляторе воды для осуществления процесса флотации позволяет повысить эффективность обработки воды в системе, снизить энергопотребление за счет отказа от воздуходувок или компрессоров;
- использование доочистки воды обеззараживанием озоно-воздушной смесью, генерируемой из осушенного атмосферного воздуха в агрегате УФ-излучения и фильтрацией, а на финальной стадии - повторной обработки ультразвуковой кавитацией и УФ-излучением обеспечивает гарантированное обеззараживание и экологическую надежность всей системы.
Технический результат полезной модели состоится в разработке системы очистки сточных вод, обеспечивающих снижение энергопотребления, повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации гидродинамических потоков, упрощение конструкции за счет исключения движущихся деталей, повышение надежности всей установки с одновременным сокращением функциональной единицы - озонаторного агрегата.
Общим техническим результатом для всех включенных в формулу признаков является повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации гидродинамических потоков.
Число, назначение и работа функциональных единиц системы обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобная система может быть использована для комплексной очистки загрязненных сточных и природных вод в целях водоснабжения технической (оборотной) водой отдельных производств, предприятий, организаций, судов, бассейнов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемая полезная модель позволит обеспечить полную комплексную очистку сточных и природных вод с использованием процессов фильтрации, отстаивания, озонирования, ультразвуковой кавитации, коагуляции, флотации, УФ-излучения вследствие использования в работе системы синергетического эффекта, возникающего при одновременном использовании нескольких активных воздействий и окислителей (Активированные окислительные технологии (AOT′s)). Данное явление позволяет для получения требуемого эффекта снижать интенсивность каждого из отдельных воздействий при одновременном применении. Применительно к конкретной системе AOT′s заключается в одновременном использовании ультразвуковой кавитации и коагуляции, а также ультразвуковой кавитации, озонирования и УФ-излучения.
В первом случае это позволит сократить дозу химического реагента - коагулянта. Во-втором - снизить дозу озона и интенсивность УФ-излучения, что снижает массогабаритные показатели элементов системы и их энергопотребление. Использование предлагаемых систем для водоснабжения (в том числе оборотного) улучшит экологическую обстановку, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата. Данное решение позволит сократить массогабаритные показатели установок по очистке воды, упростить их конструкцию, повысить надежность и комплексно автоматизировать рабочий процесс.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет собой принципиальную схему установки очистки воды. Схема выполнена в виде графических условных обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения жидкости, шлама, коагулянта и озоно-воздушной смеси.
Первый блок состоит из сетчатого фильтра предварительной очистки (поз. 1), цистерны исходной сточной воды (поз. 2), сетчатого фильтра вторичной очистки (поз. 3) и шламовой цистерны (поз. 16).
Блок коагуляции-флотации составляют: высоконапорный насос (поз. 4), струйный аппарат (поз. 5(1)), расходная емкость коагулянта (поз. 6), регулировочный вентиль (поз. 7), излучатель ультразвуковой кавитации (поз. 18(1)), генератор импульсов ультразвуковой частоты (поз. 23), флотатор-коагулятор, образоранный из круглых в плане концентрических обечаек составляют: тангенциальный ввод (поз. 8), реакционная емкость (поз. 9), камеру сбора и удаления пены (поз. 10), коническую перегородку (поз. 11), отверстия для перелива воды (поз. 12), емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды (поз. 13), аэраторы (поз. 14), камеру флотации (поз. 15).
В блок доочистки и обеззараживания входят: насос центробежный (поз. 17), струйный аппарат (поз. 5(2)), фильтр песчаный (поз. 19), излучатель ультразвуковой кавитации (поз. 18(2)), озонообразующая лампа УФ-излучения (поз. 20), блок подготовки воздуха (поз. 21), струйный аппарат (поз. 5(3)), поток воды в который отбирается через дроссельную шайбу (поз. 22).
Осуществление полезной модели
Результат достигается тем, что поступающие в систему воды проходят комплексную обработку в соответствии с принципиальной схемой установки очистки воды, представленной на фигуре 1, следующим образом.
Исходная загрязненная (природная) вода поступает на блок предварительной очистки через сетчатый фильтр (поз. 1), где происходит отделение крупнодисперсных загрязнений, в цистерну исходной воды (поз. 2), которая выполняет функцию отстойника. Здесь осаждаются тяжелые фракции, которые далее поступают в шламовую цистерну (поз. 16).
Далее вода подается высоконапорным насосом (поз. 4) через сетчатый фильтр вторичной очистки (поз. 3) в струйный аппарат (поз. 5(1)), где происходит высокоэффективное смешивание обрабатываемой воды с коагулянтом, забираемым через регулировочный клапан (поз. 7) из расходной емкости (поз. 6), на выходе которого установлена вставка с излучателем ультразвуковой кавитации (поз. 18(1)), импульсы на который подаются с задающего генератора (поз. 23). На данном этапе происходят первичные процессы обеззараживания воды кавитацией. После этого вода поступает через тангенциальный ввод (поз. 8) в реакционную емкость (поз. 9), где происходят процессы коагуляции примесей. Объем коагулянта определяется таким образом, чтобы процесс коагуляции осуществлялся наиболее полно, но выделение шлама из обрабатываемой воды еще не происходило. Через переливы в нижней части реакционной емкости обрабатываемая вода перетекает в камеру флотации (поз. 15), где поднимается при осуществлении процессов флотации, после чего через отверстия (поз. 12), расположенные вдоль кромки конической перегородки (поз. 11), поступает во внешнюю обечайку, образующую емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды (поз. 13). Выделяющаяся в процессе флотации пена вытесняется вновь поступающей на обработку водой в камеру сбора и удаления пены (поз. 10), откуда отводится в шламовую емкость (поз. 16).
Не флотируемые примеси, оседающие в камере флотации (поз. 15) и емкости сбора, отстоя и накопления очищенной воды (поз. 13) также периодически удаляются в шламовую емкость (поз. 16).
Очищенная вода забирается центробежным насосом (поз. 17) из внешней обечайки флотатора и направляется через струйный аппарат (поз. 5(2)) где происходит высокоэффективное насыщение обрабатываемой воды озоно-воздушной смесью, генерируемой в лампе УФ-излучения (поз. 20) между кварцевым чехлом и УФ-лампой из подготовленного в блоке осушения (поз. 21) атмосферного воздуха. На данном этапе происходят окончательные процессы окисления примесей озоном.
Далее вода поступает в песчаный фильтр (поз. 19), где производится отделение оставшихся примесей посредством фильтрации.
Для осуществления процесса флотации (1/3…1/4) часть обработанной воды после насоса (поз. 17) отбирается через дроссельную шайбу (поз. 22) для работы струйного аппарата (поз. 5(3)), подсасывающего атмосферный воздух. Насыщенная воздухом вода поступает через перфорированные трубопроводы подачи водо-газовой смеси (поз. 14) в камеру флотации (поз. 15) флотатора-коагулятора.
Последним этапом является очистка воды в лампе УФ-излучения (поз. 20), обеспечивающие наиболее полную доочистку и обеззараживание воды, на входе которого установлена вставка с излучателем ультразвуковой кавитации (поз. 18(2)), импульсы на который подаются с задающего генератора (поз. 23). Таким образом доочистка осуществляется вторичным обеззараживанием воды кавитацией и УФ-излучением.
Очищенная вода сливается в водоем, канализацию или направляется потребителям для технических нужд или последующей очистки.
Таким образом, число, назначение и работа функциональных единиц обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Предлагаемая полезная модель позволит обеспечить полную комплексную очистку сточных и приходных вод с использованием процессов фильтрации, отстаивания, озонирования, кавитации, коагуляции, флотации, УФ-излучения в целях их использования для водоснабжения (в том числе оборотного), а также улучшит экологическую обстановку, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата. Данное улучшает массо-габаритные показатели установок по очистке воды, упростить их конструкцию, повысить надежность и комплексно автоматизировать рабочий процесс.
Библиографический список
1. Патент Российской Федерации RU 2404133. Установка для очистки сточных вод.
2. Патент Российской Федерации RU 2344999. Установка для очистки сточных вод.
3. Патент Российской Федерации RU 2359919. Установка и способ очистки сточных вод.
4. Патент Российской Федерации RU 98123544. Установка для озонирования воды.
5. Патент Российской Федерации RU 2092448. Способ очистки и обеззараживания водных средств.
6. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 93390. Установка очистки воды.
7. Бродач М.М., Шилкин. Н.В. Установка очистки сточных вод Living Machine // Сантехника. - 2002. - №6.
8. Этин В.Л., Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта: Курс лекций для студентов специальностей 14.01, 14.02, 24.02, 33.02. / В.Л. Этин, В.Н. Плотникова, В.С. Наумов. Н. Новгород: ВГАВТ, 1997. - 208 с.: ил.
9. Йоханссон М., Леннартссон М. Устойчивые методы очистки сточных вод для домов на одну семью // Сайт «Зеленый мир», http://www.greenworld.org.ru/rus/publ/wtoi/contents.htm