СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
WASTE WATER PURIFYING METHOD

Изобретение 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 сильнозагрязненных вод: сточные воды (фекальные и бытовые), нефтесодержащие воды с малой концентрацией нефтепродуктов, природные воды из открытых и подземных источников для технических целей.
Система состоит из двух функциональных блоков: предварительной очистки и обеззараживания, а также финишной доочистки.
В первом блоке вода очищается путем выделения из нее крупных фракций посредством отстаивания в исходной цистерне. Далее фекальным насосом вода подается в смеситель, куда из расходной емкости через насос-дозатор поступает обеззараживающий реагент - пергидроль, после чего происходит механическая фильтрация и отделенная жидкость поступает в промежуточную емкость, а шлам - в фильтр мешочный.
В блоке финишной доочистки посредством циркуляционного насоса вода подается на эжектор-кавитатор, где обеспечивается доочистка воды совместным обеззараживанием гидродинамической кавитацией и озоно-воздушной смесью, генерируемой из атмосферного воздуха в озонообразующей лампе УФ-излучения. На финальной стадии очищенная вода фильтруется в песчаном контактном фильтре и после осветления обрабатывается УФ-излучением.
Шлам, отводимый в фильтр мешочный, обезвоживается и по мере накопления удаляется на утилизацию. Отделенная вода направляется повторно на обработку в систему.
Принципиальная схема системы для очистки сточных вод представлена на фиг. 1.
Известны устройства стационарных комплексов и станций переработки сточных вод, описанные в источниках [1], [2], [3], [4], [5], [9], [11] и мобильных судовых [6], [7], [8], [10].
Наиболее близким по технической сущности является изобретение RU 2530106 «Устройство для очистки сточных вод».
Признаками наиболее близкого аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:
- использование в технологическом процессе обработки воды двухступенчатой фильтрации, гидродинамической кавитации, озонирования и УФ-излучения;
- генерация озоно-воздушной смеси в агрегате УФ-излучения 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:
- низкая эффективность при очистке загрязненных поверхностно-активными веществами сточных вод;
- неудовлетворительные массо-габаритные показатели установок и комплексов;
- высокое энергопотребление;
- длительность процесса переработки, обусловленная многостадийностью;
- сложность конструкции;
- отсутствие стадии доочистки;
- очищенные воды не всегда удовлетворяют требованиям регламентирующей нормативной документации.
Причинами, препятствующими получению технического результата, обеспечиваемого изобретением при использовании устройства по прототипу, являются:
- недостаточность окисления сложных химических загрязнителей сточных вод вследствие низкой концентрации обеззараживающего реагента и отсутствия комбинированного воздействия на обрабатываемую среду;
- низкая эффективность обеззараживания гидродинамической кавитацией при работе на сильнозагрязненных водах;
- значительный унос очищаемой воды с отводимой из флотатора пеной, вызывающий необходимость отстаивания в отдельной шламовой цистерне, что увеличивает длительность процесса обработки и повышает массо-габаритные показатели системы.
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки сточных и природных вод, увеличение санитарной надежности и снижение массогабаритных характеристик.
Существенными признаками заявленного изобретения, отличительными от наиболее близкого аналога, являются:
- замена гидродинамического кавитатора на смеситель на первой стадии обработки позволит отказаться от высоконапорного фекального насоса в пользу общепромышленного, что снизит энергопотребление и стоимость станции;
- отказ от флотатора в пользу тонкой механической фильтрации сократит длительность процесса обработки, значительно уменьшит массо-габаритные показатели системы, снизит номенклатуру сменно-запасных частей и потребляемых реагентов;
- применение мешочного фильтра для обезвоживания и накопления шлама значительно сократит длительность процесса обработки, уменьшит массо-габаритные показатели системы, упростит процесс утилизации шламов;
- использование активного реагента на первом этапе обработки - пергидроля с фиксированным составом и концентрацией позволит гарантированно окислить сложные химические загрязнители сточных вод;
- применение совместной обработки гидродинамической кавитацией и озонированием позволяет достигнуть синергетического эффекта, позволяющего при значительном снижении дозы реагентов достигнуть высокого эффекта обеззараживания, что повышает санитарную надежность системы.
Технический результат изобретения состоится в разработке системы для очистки сточных вод, обеспечивающей снижение энергопотребления, повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации гидродинамических потоков и синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий, упрощение конструкции за счет исключения движущихся деталей и узлов реакторов, 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 и синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий, а также применения окислителя с гарантированными свойствами - пергидроля.
Число, назначение и работа функциональных единиц системы обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобная система может быть использована для комплексной очистки сильнозагрязненных сточных и природных вод в целях водоснабжения технической (оборотной) водой отдельных производств, предприятий, организаций, судов, бассейнов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную очистку сточных и природных вод с использованием процессов отстаивания, многоступенчатой фильтрации, реагентного обеззараживания, кавитации, озонирования и 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 пергидроля, гидродинамической кавитации, озонирования и УФ-излучения.
В данном случае это позволит 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, сокращения номенклатуры сменно-запасных частей и потребляемых реагентов. Данное решение улучшит массо-габаритные показатели систем по очистке воды, упростит их конструкцию, снизит строительные и эксплуатационные расходы, позволит комплексно автоматизировать рабочий процесс.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему системы для очистки сточных вод. Схема выполнена в виде графических условных обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения жидкости, шлама, пергидроля и озоно-воздушной смеси.
Первый блок состоит из сетчатого фильтра предварительной очистки (поз. 1), цистерны исходной сточной воды (поз. 2), фекального насоса (поз. 3), смесителя (поз. 4), расходной емкости пергидроля (поз. 5), насоса-дозатора (поз. 6), клапанов обратных (поз. 7(1), 7(2)), сетчатого фильтра вторичной очистки (поз. 8), шлам из которого отводится в фильтр мешочный (поз. 17), электромагнитных клапанов отключения (поз. 9(1)) и промывки фильтра (поз. 9(3)). Отделенная вода из корпуса фильтра мешочного периодически удаляется посредством электромагнитного клапана (поз. 9(2)).
В блок финишной доочистки входят: емкость промежуточная (поз. 10), насос циркуляционный (поз. 12), забирающий очищаемую или промывочную воду через трехходовой электромагнитный клапан (поз. 11(1)) и подающий воду на дальнейшую обработку или промывку сетчатого фильтра вторичной очистки (поз. 8) через трехходовой электромагнитный клапан (поз. 11(2)), эжектор-кавитатор (поз. 13), кран-манипулятор (поз. 14) для управления режимом работы и промывки песчаного контактного фильтра (поз. 15), клапан обратный (поз. 7(3)), через который озоно-воздушная смесь отсасывается эжектором-кавитатором из озонообразующей лампы УФ-излучения (поз. 16).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Результат достигается тем, что поступающие в систему воды проходят комплексную обработку в соответствии с принципиальной схемой станции очистки сточных вод, представленной на фиг. 1, следующим образом.
Исходная загрязненная (природная) вода поступает на блок предварительной очистки и обеззараживания через сетчатый фильтр (поз. 1), где происходит отделение крупнодисперсных загрязнений, в цистерну исходной воды (поз. 2), которая выполняет функцию отстойника.
Далее вода подается фекальным насосом (поз.3) в смеситель (поз. 4), где происходит смешивание обрабатываемой воды с пергидролем, поступающим из расходной емкости (поз.5) через насос-дозатор (поз. 6) и обратный клапан (поз. 7(1)). После этого обеззараженная вода через обратный клапан (поз. 7(2)) подается на сетчатый фильтр вторичной очистки (поз. 8), где происходит механическая фильтрация и отделенная жидкость поступает в промежуточную емкость (поз. 10), а шлам - в фильтр мешочный (поз. 17). Для обеспечения автоматизации процесса предусмотрены электромагнитные клапаны отключения (поз. 9(1)) и промывки фильтра (поз. 9(3)). Отделенная вода из корпуса фильтра мешочного периодически удаляется посредством фекального насоса (поз. 3) и электромагнитного клапана (поз. 9(2)), установленного на его входе. Далее вода подается на эжектор-кавитатор (поз. 13), где происходит высокоэффективное насыщение обрабатываемой воды озоно-воздушной смесью, генерируемой в лампе УФ-излучения (поз. 16) между кварцевым чехлом и УФ-лампой из атмосферного воздуха. На данном этапе происходят окончательные процессы окисления примесей озоном. Для предотвращения заброса обрабатываемой воды в УФ-лампу при остановке насосов системы на выходе из нее установлен обратный клапан (поз. 7(3)).
Далее вода поступает через кран-манипулятор (поз. 14) для управления режимом работы и промывки в песчаный контактный фильтр (поз. 15), где производится отделение оставшихся примесей и осветление посредством фильтрации.
Последним этапом является обработка воды в лампе УФ-излучения (поз. 16), обеспечивающая наиболее полную доочистку и обеззараживание.
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.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную очистку сильнозагрязненных сточных и природных вод с использованием процессов отстаивания, многоступенчатой фильтрации, реагентного обеззараживания, кавитации, озонирования и 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, сокращения номенклатуры сменно-запасных частей и потребляемых реагентов. Данное решение улучшит массо-габаритные показатели систем по очистке воды, упростит их конструкцию, снизит строительные и эксплуатационные расходы, позволит 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 RU 2530106. Устройство для очистки сточных вод.
7. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 152746. Система очистки воды.
8. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 93390. Установка очистки воды.
9. Бродач М.М., Шилкин. Н.В. Установка очистки сточных вод Living Machine // Сантехника. - 2002. - №6.
10. Мизгирев Д.С., Курников А.С., Михеева Т.А. Технологические решения экологических и энергетических проблем на водном транспорте и предприятиях речного флота / Д.С. Мизгирев, А.С. Курников, Т.А. Михеева // Монография. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО ВГАВТ, 2012. - 300 с.; ил.
11. 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