УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области очистки и обеззараживания хозяйственно-бытовых сточных вод физико-химическими методами и может быть использована для очистки сточных вод малых населенных пунктов, коттеджных поселков, вахтовых поселков, образовательных и лечебных учреждений, в том числе инфекционных и туберкулезных больниц, а также населенных пунктов, находящихся в зоне вечной мерзлоты.
Известно устройство для очистки и обеззараживания сточных вод, включающее насосную станцию, теплообменный аппарат, автоклав, в котором происходит нагрев сточной воды до 110-120°С при повышенном давлении, электролизер, смеситель, отстойник с тонкослойными модулями, сгуститель осадка (Патент РФ №2264989, МПК C02F 1/02, опуб. 27.11.2005).
Недостатком устройства являются высокие затраты энергии на нагрев сточных вод.
Наиболее близким техническим решением является устройство для очистки и обеззараживания сточных вод, включающее насосную станцию, накопитель сточных вод, отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, в качестве которого использован активный фильтрующий материал - силицированный кальцит, мембранный электролизер, разделенный на катодную и анодную камеру, фильтр с каталитической алюмо-марганцевой загрузкой, ультрафиолетовые лампы, автоклав для термической обработки осадков сточных вод (Патент РФ №2293708, МПК C02F 9/12; C02F 1/02; C02F 1/469, опуб. 20.02.2007).
Недостатком устройства являются высокие энергозатраты на электролиз воды и нагрев обводненного осадка сточных вод до температуры 110-120°С.
Задачей полезной модели является уменьшение энергозатрат на очистку и обеззараживание сточных вод без потери качества очищенных вод.
Поставленая задача решается тем, что устройство очистки и обеззараживания сточных вод, содержащее накопитель сточных вод, насосную станцию, отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, ультрафиолетовые лампы согласно полезной модели включает последовательно соединенные накопитель сточных вод с погружным насосом, систему аэрации, плазмохимический фильтр с гранулированной загрузкой, отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, ультрафиолетовые лампы, резервуар чистой воды, причем плазмохимический фильтр имеет электроды, соединенные с генератором высоковольтных импульсов, а пространство между электродами наполовину заполнено металлическими гранулами, выход отстойника соединен с иловыми площадками, оборудованными дренажной системой и соединенными с компостными площадками, а фильтр с зернистой загрузкой оборудован системой обратной промывки.
-7
3
Плазмохимический фильтр загружен алюминиевыми гранулами фракции 2-5 мм. На электроды плазмохимического фильтра подаются импульсы напряжения 50-100 кВ с крутизной фронта 10 с, частотой 0,5-2,0 Гц, энергией 0,3-0,7 кДж/м.
На фигуре 1 приведена технологическая схема устройства очистки и обеззараживания хозбытовых сточных вод, на фигуре 2 - плазмохимический фильтр.
Устройство содержит последовательно соединенные накопитель 1 сточных вод с погружным насосом 2, систему аэрации сточных вод, например, компрессор 3, плазмохимический фильтр 4, источником электропитания которого является генератор высоковольтных импульсов 5, отстойник с тонкослойными модулями 6, фильтр с зернистой загрузкой 7, ультрафиолетовые лампы 8 и резервуар чистой воды 9.
Резервуар чистой воды 9 является источником воды для обратной промывки фильтра 7 с помощью промывного насоса 10. С помощью дренажного насоса 11 осуществляется удаление дренажной воды, отделившейся на иловых площадках 12. Выход иловых площадок соединен со входом компостных площадок 13. В накопителе 1 размещена корзина 14 для сбора мусора. Подача реагента (коагулянта) осуществляется с помощью реагентного хозяйства 15.
Плазмохимический фильтр 4 представляет собой цилиндрическую емкость с эллиптическими крышками, имеющую патрубки подвода воды 16 и отвода воды 17. В корпусе фильтра размещены перфорированные пластины 18 и 19, соединенные соответственно с положительным и отрицательным полюсами генератора высоковольтных импульсов. На пластине 18 закреплены эллиптические аноды 20. Пространство между электродами 18 и 19 наполовину заполнено гранулами или стружкой из алюминия 21.
Устройство работает следующим образом. Населенный пункт оборудуется сетями канализации, по возможности, в самотечном режиме с подачей сточных вод в накопитель 1. Для извлечения крупного мусора предназначена корзина 14. Из накопителя сточная вода погружным насосом 2 подается в плазмохимический фильтр 4. Перед фильтром в воду дозируют воздух с помощью компрессора 3 для повышения концентрации растворенного в воде кислорода.
-7
3
3
2
2
2
3
Конструкция плазмохимического фильтра 4 представлена на фиг.2. Фильтр расположен вертикально, имеет патрубки подвода 16 и отвода 17 воды. Внутри корпуса фильтра расположены две перфорированные металлические пластины 18 и 19, соединенные соответственно с положительным и отрицательным полюсом генератора высоковольтных импульсов 5. С верхней пластиной 18 соединены эллиптические электроды 20, равномерно расположенные по сечению аппарата. Пространство между катодом и анодом наполовину заполнено алюминиевыми гранулами или стружкой. Сточная вода, насыщенная кислородом воздуха, пропускается в аппарате в направлении сверху вниз. На перфорированные пластины 18 и 19 подается импульс напряжения 50…100 кВ с крутизной фронта 10 с, вырабатываемый генератором высоковольтных импульсов 5. Когда напряжение на разрядном промежутке достигает пробивного значения, конденсаторы генератора разряжаются на него, образуется плазменный шнур. Под действием высокой температуры плазменного шнура и высокой напряженности электрического поля происходит ионизация молекул кислорода, в результате чего образуются сильные окислители, такие как озон О, радикал ОН, перекись водорода НО, надперекись водорода НО, атомарный кислород О. В процессе горения дуги наблюдается сильное ультрафиолетовое свечение. При уменьшении разрядного тока до нуля дуга гаснет, происходит гидравлический удар. Под действием гидравлического удара гранулы алюминия равномерно распределяются по объему. Разряды следуют с частотой 0,5…2,0 Гц, поэтому к моменту подачи следующего импульса гранулы алюминия находятся во взвешенном состоянии. Разряд возникает между анодами и множеством катодов, роль которых выполняют гранулы алюминия, многократно ветвится, распределяясь по объему, равномерно обрабатывая воду. Удельная энергия импульсных разрядов составляет 0,3…0,7 КДж/дм, при таком значении возможно воду пропускать со скоростью 5…10 м/ч. Количество эллиптических анодов n определяется по формуле
где D - диаметр корпуса фильтра,
d - диаметр анода.
3
В процессе горения дуги происходит незначительное растворение алюминиевых гранул. Ионы алюминия, попадая в воду, гидролизуются с образованием нерастворимых молекул Аl(ОН), являющихся коагулянтом.
Таким образом, в плазмохимическом фильтре происходит обеззараживание сточной воды комплексом методов, включающих гидравлический удар, ультрафиолетовое свечение, термическое воздействие плазмы, окисление веществами, имеющими максимально известную окислительную мощность. Кроме того, окислители воздействуют на органические вещества, находящиеся в сточной воде, разлагая их до углекислого газа и воды, снижая при этом значение биологического и химического потребления кислорода (БПК и ХПК). Находящийся в сточных водах аммиак, окисляется до молекулярного азота одностадийно, в отличие от биологических очистных сооружений, в которых ион аммония окисляется до нитритов и нитратов, а затем на стадии денитрификации образуется газообразный азот.
Вода, обеззараженная в плазмохимическом фильтре, далее поступает на осветление седиментацией в отстойник 6. Перед отстойником в воду дополнительно дозируют коагулянт для укрупнения мелких взвешенных частиц и увеличения скорости осаждения. Доочистка воды осуществляется фильтром с зернистой загрузкой 7, представляющим собой напорный скорый фильтр. В качестве фильтрующего материала применен минеральный зернистый материал - силицированный кальцит, который относится к активным фильтрующим материалам. Его каталитическая активность объясняется наличием в структуре невысоких концентраций железа, марганца, кремния. Активность фильтрующего материала проявляется в извлечении из сточных вод тяжелых металлов, находящихся в любых хозбытовых водах в концентрации превышающей ПДК, а также в ускорении процесса хлопьеобразования, необходимого для коагуляции загрязняющих веществ. Существенным преимуществом силицированного кальцита является возможность использования крупной фракции фильтрующего материала в диапазоне 2-5 мм. При этом уменьшается потеря напора в фильтрах, увеличивается грязеемкость и фильтроцикл.
Вода, очищенная в фильтре 7, поступает для резервного обеззараживания в ультрафиолетовые лампы 8, после чего накапливается в резервуаре чистой воды (РЧВ) 9 и поступает на выпуск в водный объект.
Фильтр 7 промывается обратным током воды, забираемой насосом 10 из РЧВ. Промывная вода поступает на вход отстойника 6.
Осадок из отстойника 6 отводится на иловые площадки 12, оборудованные дренажем. Дренажная вода дренажным насосом 11 откачивается на вход отстойника 6, а подсушенный осадок поступает на компостную площадку 13 для биоразложения совместно с органическими отходами.
Результаты очистки хозбытовой воды приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Эффект очистки сточных вод при различной энергии импульса, подаваемого с частотой 1 Гц
Удельная энергия, кДж/м<sup>3</sup>
БПК<sub>20</sub>, мг/л
Концентрация железа, мг/л
до очистки
после очистки
до очистки
после очистки
0,1
240
4
1,8
0,2
0,3
240
3
1,8
0,1
0,5
240
3
1,8
0,1
0,7
240
2,5
1,8
0,05
0,9
240
2,5
1,8
0,05
3
Из приведенных результатов следует, что качество воды позволяет сбрасывать ее в водные объекты рыбохозяйственного назначения при энергии импульса 0,3-0,7кДж/м.
3
Результаты очистки и обеззараживания сточных вод при энергии импульса 0,3 кДж/м с частотой 1 Гц приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Эффект очистки хозбытовой воды
Загрязняющие вещества
Концентрация, мг/л
Эффект, %
ПДК водоемов рыбохозяйственного назначения
до очистки
после очистки
Жиры
15
0,05
99.6
0,05
Железо общее
3
0,1
96,6
0,1
Марганец
0,7
0,05
92,8
0,1
ХПК
120
7
94,2
-
Взвешенные вещества
243
6
97,5
-
Коли-индекс
12
0,06
99,5
0,10
БПК
95
3
96,8
3
Азот аммонийный
22
0,4
98,2
0,5
Фосфаты
13
0,2
98,5
0,2
Из приведенных данных следует, что качество очищенных сточных вод соответствует нормативам на сброс очищенных вод в водоем рыбохозяйственного назначения.
Следует отметить, что предложенная технология очистки относится к энергосберегающим, поскольку затраты энергии на обработку воды сведены к минимуму. Энергия затрачивается лишь в плазмохимическом фильтре, однако за счет применения высокого напряжения и малой длительности разрядного импульса достигнуты высокие мощности в импульсе при средней мощности генератора высоковольтных импульсов не более 100 Вт.
Предложенная технологическая схема может быть использована для строительства мобильных очистных сооружений канализации вахтовых поселков, а также стационарных сооружений малых населенных пунктов, коттеджных поселков, санаторных и больничных комплексов, в том числе в зонах вечной мерзлоты.