УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к сооружениям механической очистки поверхностных сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов, и может быть использована для очистки сточных вод, формирующихся на территории поселений, городских округов во время выпадения атмосферных осадков, а также близких к ним по составу производственно-ливневых сточных вод, отводимых с территории предприятий в централизованные системы водоотведения или в водные объекты.
Известны многочисленные устройства и установки для очистки поверхностных (дождевых, талых, поливомоечных) сточных вод, в том числе очистные установки проточного типа, которые в отличие от классических систем очистки накопительного типа работают по проточной схеме в качестве элемента самотечной сети дождевой (ливневой) канализации без аккумулирующего резервуара в условиях неравномерной гидравлической нагрузки.
В связи с введением более жестких нормативных требований к составу и свойствам сточных вод, принимаемых в централизованные системы водоотведения поселений, а также в водные объекты, особенно актуальными становятся разработка и внедрение в практику очистки поверхностных сточных вод новых конструкций устройств для их очистки из современных, химически стойких материалов с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками.
Известна установка для очистки поверхностных и производственных сточных вод, содержащая горизонтальный цилиндрический корпус, разделенный вертикальными перегородками на три сообщающиеся камеры; подводящий и отводящий трубопроводы; фильтр грубой очистки, выполненный в виде -образного трубопровода, снабженного в верхней части перегиба дыхательной трубкой, входное отверстие которого расположено внутри полого цилиндра, установленного в первой камере, а выходное отверстие через патрубки и воронку соединено с расширителем, установленным вертикально во второй камере, фильтр тонкой очистки, в качестве которого использованы сепараторы тонкослойного отстаивания, и сорбционный фильтр доочистки. Установка смонтирована в едином металлическом горизонтальном блоке подземного или наземного исполнения, а каждая камера содержит смотровой люк для обслуживания технологического оборудования. /Патент РФ на полезную модель №79548, C02F 1/40, 2008 г./.
Недостатками этой установки являются низкий эффект очистки поверхностных сточных вод по основным показателям загрязнения (взвешенным веществам и нефтепродуктам) в связи с невысокой эффективностью удаления грубодисперсных минеральных примесей из сточных вод на первой стадии очистки из-за малого времени пребывания в камере отстаивания и поступления их на фильтры тонкой очистки. Применяемый на стадии доочистки сорбент из-за присутствия в очищаемых стоках значительного количества взвешенных веществ разной степени дисперсности кольматируется, межпоровое пространство постепенно забивается. Это приводит к возрастанию потерь напора, блокировке процесса очистки стоков и, в конечном счете, к переливу неочищенных поверхностных сточных вод в водные объекты или централизованные системы водоснабжения.
Известно устройство для очистки поверхностных и производственных сточных вод от нефтепродуктов, работающее в самотечном режиме и состоящее из единого корпуса с подводящим и отводящим патрубками, выполненного цилиндрической формы из стеклопластика и разделенного стенками на три секции, в которых установлены сетчатый, коалесцирующий и абсорбирующий фильтры. Для удобства обслуживания устройства на корпусе выполнены смотровые технические люки /Патент РФ на полезную модель №179268, C02F 1/40, 2018 г./.
Недостатками известного устройства являются невысокая степень очистки от механических загрязнений, поскольку поверхностные сточные воды поселений содержат в основном мелкодисперсные взвешенные вещества до 80% и более, а сетчатый фильтр задерживает преимущественно грубодисперсные механические примеси, а также низкая долговечность фильтрующих загрузок из-за кольматации мелкодисперсными взвешенными веществами в условиях отсутствия системы промывки фильтров. Кроме того, фильтрующая загрузка, заявленная как «сорбент синтетического сорбционного материала из нетканого волокнистого материала в виде полотна…» неспособна задерживать эмульгированные и растворенные нефтепродукты, присутствующие в поверхностных сточных водах, а отсутствие контроля и регулярной системы удаления осадка, образующегося в результате эксплуатации устройства, снижает эффект очистки поверхностных сточных вод, так как приводит к выносу осадка с очищаемыми стоками при каждом следующем дожде.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенному устройству является блочно-модульная установка первичной очистки сточных вод, выполненная из конструктивных блоков в виде труб из стеклокомпозитного материала, в частном случае, в виде устройства тонкослойного отстойника, содержащего корпус с техническими колодцами с люками обслуживания технологического оборудования, с патрубками подачи сточных вод на очистку и отвода очищенной воды, состоящий из вертикальной секции с люком обслуживания технологического оборудования и расположенным в ее нижней части бункером с коническими стенками для осадка и устройством для удаления осадка, и наклонной секции, расположенной с уклоном в сторону вертикальной секции, при этом в наклонной секции по ходу движения сточных вод последовательно расположены устройство для сбора нефтепродуктов, полупогружная перегородка для организации потока жидкости перед модулем тонкослойного отстаивания, модуль тонкослойного отстаивания, состоящий из наклонных плоскопараллельных пластин, и переливная перегородка для равномерного сбора очищенной воды после модуля тонкослойного отстаивания. В наклонной секции также расположено устройство транспортирования осадка с патрубком подачи промывной воды и струенаправляющими насадками /Патент РФ №2727420 (Фиг. 3 и Фиг. 4), C02F 1/00; C02F 9/00, 2019 г./
Недостатками этого устройства являются низкая эффективность удаления грубодисперсных примесей из поверхностных сточных вод перед поступлением их в модуль тонкослойного отстаивания за счет небольшого времени пребывания стоков в зоне пескоулавливания и выделения в осадок только грубодисперсной части примесей гидравлической крупностью 18 мм/с и более. Учитывая, что в дождевом стоке содержится более 80% мелкодисперсных взвешенных веществ гидравлической крупностью 0,5 мм/с и менее, то основная нагрузка по выделению механических примесей приходится на модуль тонкослойного отстаивания, что не позволяет очистить поверхностные стоки от взвешенных веществ и нефтепродуктов с эффектом очистки для сброса в водные объекты или централизованные системы водоснабжения.
Технической проблемой является создание устройств для механической очистки поверхностных сточных вод проточного типа полной заводской готовности больших размеров из современных, химически и коррозионностойких материалов с высокими прочностными характеристиками, обладающих длительным ресурсом эксплуатации и высоким эффектом очистки.
Технический результат, полученный от использования предложенного устройства, заключается в повышении степени очистки поверхностных сточных вод по основным нормируемым показателям загрязнения для сброса в централизованные системы водоотведения поселений, а также в водные объекты - взвешенные вещества, нефтепродукты, биологическое и химическое потребление кислорода (БПК и ХПК соответственно).
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки поверхностных сточных вод, содержащем корпус из труб с техническими колодцами с люками обслуживания технологического оборудования, патрубками подачи исходных сточных вод на очистку и отвода очищенной воды, состоящий из вертикальной секции с люком обслуживания технологического оборудования и расположенным в ее нижней части бункером с коническим днищем для осадка и устройством для удаления осадка, и наклонной секции, расположенной с уклоном в сторону вертикальной секции, с расположенными в наклонной секции устройством сбора нефтепродуктов, модулем тонкослойного отстаивания, состоящим из плоскопараллельных пластин, устройством транспортирования осадка с патрубком подачи промывной воды и струенаправляющими насадками, полупогружной и переливной перегородками, корпус выполнен из стеклопластиковых труб, вертикальная секция корпуса в верхней части снабжена открытым гидроциклоном с тангенциальным патрубком, соединенным с патрубком подачи исходных сточных вод на очистку, и трубопроводом отвода осадка из гидроциклона с установленными на нем задвижкой и обратным клапаном, уклон наклонной секции в сторону вертикальной составляет не более 3°, корпус в месте сопряжения вертикальной и наклонной секций снабжен перегородкой, не доходящей до низа места их сопряжения, глухой в верхней части и перфорированной в нижней, по длине наклонной секции последовательно установлены модуль тонкослойного отстаивания, устройство сбора нефтепродуктов, в качестве которого используют ленточный олеофильный скиммер, полупогружная и переливная перегородки и погружной насос, соединенный с патрубком отвода очищенной воды, а устройство транспортирования осадка с патрубком подачи промывной воды и струенаправляющими насадками выполнено из двух параллельных трубопроводов, при этом каждый трубопровод снабжен наконечником, расположенным ниже перфорированной части перегородки, установленной в месте сопряжения вертикальной и наклонной секций, эквидистантно коническому днищу бункера.
Предпочтительно, что корпус выполнен из стеклопластиковых труб диаметром 2000-3000 мм.
Предпочтительно используют открытый гидроциклон с конической диафрагмой, внутренним цилиндром и периферийным водосливом очищенной воды.
Предпочтительно, что угол наклона стенок конического днища бункера к горизонту составляет 45-60°.
Предпочтительно, что угол наклона пластин модуля тонкослойного отстаивания, составляет 60°.
Предпочтительно, что устройство выполнено в заглубленном исполнении.
Полезная модель поясняется чертежами.
Для большей наглядности соотношения между отдельными конструктивными элементами устройства изменены.
На Фиг. 1 изображен вертикальный разрез устройства для очистки поверхностных сточных вод в заглубленном варианте с установкой в вертикальной секции корпуса открытого гидроциклона с конической диафрагмой, внутренним цилиндром и периферийным водосливом очищенной воды; на Фиг. 2 - разрез устройства по I-I на Фиг. 1.
Устройство для очистки поверхностных сточных вод (Фиг. 1) содержит единый корпус из стеклопластиковых труб 1 с техническими колодцами 2 с люками обслуживания технологического оборудования 3, патрубками подачи исходных сточных вод на очистку 4 и отвода очищенной воды 5. Корпус состоит из вертикальной секции 6 с люком обслуживания технологического оборудования 7 и сопряженной с вертикальной секцией 6 наклонной секции 8. Вертикальная секция 6 содержит в верхней части открытый гидроциклон 9 с тангенциальным патрубком 10, конической диафрагмой 11, внутренним цилиндром 12, периферийным водосливом очищенной воды 13 и трубопроводом отвода осадка 14 с установленными на нем задвижкой 15 и обратным клапаном 16. В нижней части вертикальной секции 6 расположен бункер 17 с коническим днищем 18 и устройством для удаления осадка 19 с трубопроводом для удаления осадка 20. Корпус 1 в месте сопряжения вертикальной 6 и наклонной 8 секций снабжен перегородкой 21 (Фиг. 2), не доходящей до низа сопряжения, с глухой верхней частью 22 и перфорированной нижней 23. По длине наклонной секции 8 последовательно установлены модуль тонкослойного отстаивания 24, состоящий из плоскопараллельных пластин, устройство сбора нефтепродуктов - ленточный олеофильный скиммер 25, полупогружная перегородка 26, переливная перегородка 27 и погружной насос 28, соединенный с патрубком отвода очищенной воды 5. В наклонной секции 8 размещено также устройство транспортирования осадка 29 с патрубком подачи промывной воды 30, выполненное из двух трубопроводов 31 (Фиг. 2) со струенаправляющими насадками 32 и наконечниками 33. Наконечники 33 расположены под перегородкой 21 ниже ее перфорированной части 23 эквидистантно коническому днищу 18 бункера 17.
Устройство работает следующим образом.
Исходную поверхностную сточную воду через патрубок подачи исходных сточных вод на очистку 4, подают в расположенный в вертикальной секции 6 корпуса 1 открытый гидроциклон 9 через его тангенциальный патрубок 10. Подачей воды через тангенциальный патрубок 10 в открытом гидроциклоне 9 создается вращательно-поступательное движение сточной воды по восходящей спирали. При этом основной рабочий поток движется в пристенной зоне. В открытом гидроциклоне 9 очищенные от грубодисперсных примесей сточные воды, поднявшись вверх, выходят из открытого гидроциклона 9 через периферийный водослив очищенной воды 13. Использование открытого гидроциклона 9 с конической диафрагмой 11 и цилиндром 12 позволяет увеличить эффект очистки поверхностных сточных вод от грубодисперсных механических загрязнений, что создает оптимальные условия для их последующей глубокой очистки от мелкодисперсных примесей (взвешенных веществ) в модуле тонкослойного отстаивания 24. Выделенный в открытом гидроциклоне 9 осадок пристенным потоком транспортируется в его коническую часть и периодически через открытую задвижку 15 на трубопроводе отвода осадка 14 выгружается в бункер 17 с коническим днищем 18, откуда накопившийся осадок посредством устройства для удаления осадка 19, в качестве которого может быть использован, например, насос, через трубопровод для удаления осадка 20 отводится из устройства.
Для предотвращения обратного тока сточных вод, взмучивания и выноса осадка из конической части открытого гидроциклона 9, а также для проведения штатных работ по его обслуживанию, трубопровод 14 снабжен обратным клапаном 16.
Угол наклона стенок конического днища 18 к горизонту составляет от 45 до 60°, что обеспечивает эффективное сползание выделенного осадка в бункер 17.
Очищенная в открытом гидроциклоне 9 вода через перфорированную часть 23 перегородки 21, не доходящей до низа сопряжения вертикальной 6 и наклонной 8 секций корпуса 1, поступает в наклонную секцию 8 корпуса 1.
Наклонная секция 8 представляет собой горизонтальный отстойник-вытеснитель проточного типа, снабженный модулем тонкослойного отстаивания 24. Поступившие в наклонную секцию 8 корпуса 1 сточные воды проходят последовательно через модуль тонкослойного отстаивания 24, работающий по противоточной схеме удаления осадка, состоящий из плоскопараллельных пластин с предпочтительным углом наклона 60°. Такой угол наклона пластин обеспечивает оптимальную эффективность удаления из очищаемой воды мелкодисперсных примесей с гидравлической крупностью 0,2 мм/с и менее, при этом содержащиеся в сточных водах свободные нефтепродукты, а также иные возможные загрязнения плотностью меньше плотности воды, всплывают в верхней части модуля 24 и собираются в районе полупогружной перегородки 26, откуда удаляются устройством сбора нефтепродуктов - ленточным олеофильным скиммером 25, применение которого обеспечивает эффективное удаление пленки свободных нефтепродуктов с поверхности воды с высокой степенью надежности при долгом сроке бесперебойной работы.
3
Очищенные от мелкодисперсных примесей и нефтепродуктов воды проходят под полупогружной перегородкой 26, через переливную перегородку 27 и погружным насосом 28 через патрубок отвода очищенной воды 5 отводятся из устройства. Последовательность установки полупогружной 26 и переливной 27 перегородок позволяет задержать всплывшие свободные нефтепродукты у полупогружной перегородки 26, что способствует их эффективному удалению скиммером 25, а также поддерживать постоянный уровень сточных вод в устройстве, обеспечить сбор и откачку очищенных стоков. Остаточное содержание взвешенных веществ в очищенных сточных водах на выходе из установки составит не более 10-15 мг/л, нефтепродуктов - 0,5-1 мг/дм. Качество очищенных в устройстве поверхностных сточных вод соответствует действующим нормативным требованиям к составу и свойствам сточных вод, принимаемых в централизованные системы водоотведения, а также в водные объекты. Для достижения нормативов сброса в водные объекты рыбохозяйственного значения сточные воды, очищенные в устройстве, могут быть направлены на последующую фильтрационно-сорбционную доочистку.
Осадок, выделенный на пластинах модуля тонкослойного отстаивания 24, посредством промывной воды, подаваемой через патрубок промывной воды 30 по трубопроводам 31 через струенаправляющие насадки 32 устройства транспортирования осадка 29, смывается и под не доходящей до низа места сопряжения вертикальной секции 6 и наклонной секции 8 перегородкой 21 поступает в коническое днище 18 бункера 17, откуда насосом 19 по трубопроводу отвода осадка 20 выводится из устройства. Снабжение устройства транспортирования осадка 29 наконечниками 33 позволяет при необходимости взмучивать выделенный осадок при его удалении. Уклон наклонной секции 8 в сторону вертикальной секции 6 дополнительно способствует сползанию осадка, смываемого устройством транспортирования осадка 29, в коническое днище 18 бункера 17. Увеличение уклона наклонной секции 8 в сторону вертикальной секции 6 более 3° приводит к снижению коэффициента использования объема устройства.
Корпус 1 устройства выполнен из стеклопластиковых труб. Стеклопластик, как одна из разновидностей стеклокомпозитных материалов, является коррозионностойким материалом, что позволяет увеличить срок службы корпуса устройства по сравнению с аналогичными устройствами на основе железобетонных конструкций до 50 лет. Корпус устройства выполняют предпочтительно из стеклопластиковых труб диаметром 2000-3000 мм, в частности, используют трубы марки FLOWTECH. Трубы диаметром менее 2000 мм не используют из-за отсутствия области применения малогабаритных установок, трубы диаметром более 3000 мм повышают материалоемкость устройства без обеспечения повышения степени очистки поверхностных сточных вод.
При очистке сточных вод от грубодисперсных механических примесей (песка, частиц грунта и пр.) гидравлической крупностью 5 мм/с и более в вертикальной секции 6 корпуса 1 устанавливают открытый гидроциклон 9 любой простейшей конструкции.
При необходимости удаления из поверхностных сточных вод механических примесей гидравлической крупностью более 0,2 мм/с предпочтительно использовать открытый гидроциклон 9 с конической диафрагмой 11, и внутренним цилиндром 12 и периферийным водосливом 13 (Фиг. 1). Предпочтительное использование такой конструкции открытого гидроциклона позволяет дополнительно повысить эффективность очистки поверхностных сточных вод от взвешенных веществ.
Устройство представляет собой сооружение заводского изготовления, выполненное в едином корпусе и укомплектованное технологическим оборудованием.
Технические колодцы 2 с люками обслуживания технологического оборудования 3 наклонной секции 8 и люк обслуживания технологического оборудования 7 вертикальной секции 6 корпуса 1 позволяют обеспечить контроль над работой технологического оборудования, расположенного в корпусе 1, а также его эксплуатацию в соответствии с технологическим регламентом.
Устройство для очистки поверхностных сточных вод может быть выполнено как в наземном (полузаглубленном), так и в наиболее предпочтительном заглубленном исполнении.
Таким образом, предложенное устройство позволяет сконстурировать сооружение для очистки поверхностных сточных вод проточного типа полной заводской готовности больших размеров с получением очищенных сточных вод со степенью очистки по основным показателям загрязнения - взвешенным веществам, нефтепродуктам, БПК и ХПК, которые соответствуют действующим нормативным требованиям к составу и свойствам сточных вод, принимаемых в централизованные системы водоотведения поселений, а также в водные объекты. Сточные воды, подвергнутые очистке в предложенном устройстве, могут быть направлены на последующую доочистку.
Корпус устройства выполнен из стеклопластиковых труб высокой механической прочности, определенной кольцевой жесткости, исходя из конкретных условий эксплуатации. Устройство надежно и долговечно в эксплуатации, срок его службы 50 лет и более. Предложенная конструкция и достигаемый эффект очистки позволяют расширить номенклатуру устройств аналогичного назначения, а в ряде случаев и заменить имеющиеся очистные установки с низким эффектом очистки.
Устройство может быть использовано в комплекте с другими параллельно или последовательно установленными аналогичными устройствами или установками для последующей доочистки сточных вод.