УСТРОЙСТВО УТИЛИЗАЦИИ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
DEVICE FOR RECYCLING TREATED WASTE WATER

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для утилизации очищенных сточных вод при отсутствии возможности их сброса в поверхностные водные объекты либо на рельеф местности.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для утилизации предварительно очищенных сточных вод, которое включает трубопровод подачи воды и приемный фильтрующий колодец с водоупорными стенками, заполненный крупнозернистым наполнителем, имеющий узкую горловину, в полости которой ниже трубы подачи воды установлены в несколько уровней отражатели потока воды, и расширяющийся ко дну фильтр, в верхней части которого расположена накопительная камера, ниже которой расположены несколько слоев крупнозернистого наполнителя (см. патент RU 2244786, E03F 1/00, C02F 1/00, 20.01.2005).
Недостатком упомянутого технического решения является то, что постепенно при такой утилизации очищенных сточных вод происходит заболачивание местности и то, что упомянутое техническое решение имеет ограниченную область применения, т.е. не всегда присутствует возможность найти подземный горизонт с требуемой поглощающей способностью.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка эффективного и надежного устройства утилизации очищенных сточных вод.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности и надежности утилизации очищенных сточных вод при отсутствии возможности сброса в поверхностные водные объекты или на рельеф при низких энергетических затратах.
Технический результат обеспечивается тем, что устройство утилизации очищенных сточных вод включает в себя накопитель очищенных сточных вод и корпус, выполненный в виде обечайки, закрытой с торцевых сторон передней и задней крышками, при этом внутри корпуса последовательно установлены сначала побудитель расхода наружного воздуха, а затем сопло Лаваля, в передней крышке корпуса выполнено отверстие, к которому подсоединена труба подвода потока наружного воздуха в суживающуюся часть сопла Лаваля, в задней крышке корпуса выполнено отверстие, к которому подсоединена труба отвода паровоздушного потока из расширяющейся части сопла Лаваля, кроме того в самом узком поперечном сечении сопла Лаваля, расположенном в месте сопряжения его частей установлены, с равномерным шагом по всей окружности упомянутого сечения, форсунки туманообразования, входы которых подключены к раздающему коллектору, соединенному с накопителем очищенных сточных вод посредством трубопровода подачи очищенных сточных вод, снабженного водяным насосом и проходящего через отверстие в корпусе.
Заявленное изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 чертежа показана принципиальная схема устройства утилизации очищенных сточных вод.
На Фиг. 2 чертежа показана схема подачи очищенных сточных вод в форсунки туманообразования (вид сверху).
На фиг. 1 и фиг. 2 позициями обозначены: корпус 1, накопитель 2 очищенных сточных вод, трубопровод 3 подачи очищенных сточных вод, водяной насос 4 высокого давления, труба 5 подвода потока наружного воздуха, побудитель 6 расхода наружного воздуха, сопло Лаваля 7, форсунки туманообразования 8, паровоздушный поток 9, поток, отводимый в окружающую атмосферу 10, труба 11 отвода паровоздушного потока и раздающий коллектор 12.
Устройство утилизации очищенных сточных вод (см. фиг. 1) включает в себя следующие элементы: корпус 1, накопитель 2 очищенных сточных вод, трубопровод 3 подачи очищенных сточных вод, водяной насос 4 высокого давления, трубу 5 подвода потока воздуха, побудитель 6 расхода наружного воздуха, сопло Лаваля 7, форсунки туманообразования 8, трубу 11 отвода паровоздушного потока из устройства и раздающий коллектор 12.
Устройство утилизации очищенных сточных вод представляет собой горизонтальную пушку, имеющую корпус 1 в виде горизонтально установленной обечайки, закрытой с торцевых сторон передней и задней крышками.
Внутри корпуса 1 последовательно установлены сначала побудитель 6 расхода наружного воздуха, а затем сопло Лаваля 7, которое является основным элементом устройства утилизации очищенных сточных вод. Сопло Лаваля 7 расположено и закреплено внутри корпуса горизонтально, т.е. ось сопла Лаваля 7 совпадает с осью оси обечайки корпуса 1 или параллельна упомянутой оси.
Сопло Лаваля 7 представляет собой газовый канал, суженный в середине и состоящий из суживающейся и расширяющейся части, представляющих собой пару усеченных конусов сопряженных узкими концами. Суживающая часть служит для ускорения потока, а в расширяющейся части происходит дальнейшее ускорение газа до сверхзвуковых скоростей. Место сопряжения упомянутых частей сопла Лаваля является его самым узким поперечным сечением, в котором скорость потока является критической, т.е. критическим сечением сопла Лаваля.
В передней крышке корпуса 1 выполнено отверстие, к которому подсоединена горизонтальная труба 5 подвода потока наружного воздуха в суживающуюся часть сопла Лаваля 7, на входе в которую установлен побудитель 6 расхода наружного воздуха.
В задней крышке корпуса 1 выполнено отверстие, к которому подсоединена горизонтальная труба 11 отвода паровоздушного потока из расширяющейся части сопла Лаваля 7.
В месте самого узкого поперечного сечение сопла Лаваля 7 расположены форсунки туманообразования 8.
К входам форсунок туманообразования 8 подсоединен раздающий коллектор 12, который выполнен кольцевым и расположен вокруг самого узкого поперечного сечения сопла Лаваля 7. Форсунки туманообразования 8 расположены равномерным шагом по всей окружности самого узкого поперечного сечения сопла Лаваля 7, причем оси форсунок туманообразования 8 перпендикулярны оси сопла Лаваля 7.
Накопитель 2 очищенных сточных вод соединен с раздающим коллектором 12 посредством трубопровода 3 подачи очищенных сточных вод.
В корпусе 1 имеется отверстие, через которое проходит трубопровод 3 подачи очищенных сточных вод, снабженный водяным насосом 4.
Устройство утилизации очищенных сточных вод работает следующим образом.
Поток наружного воздуха подается в трубу 5 и далее движется в горизонтальном направлении в сопле Лаваля 7.
Поток очищенных сточных вод из источника очищенных сточных вод 2 по трубопроводу 3 с помощью водяного насоса 4 высокого давления подается в раздающий коллектор 12, из которого он поступает на вход форсунок туманообразования 8 (см. фиг. 2).
Насос 4 высокого давления представляет собой плунжерный насос или иной насосный агрегат на базе плунжерного насоса. Исключительным преимуществом плунжерных насосов является высокое давление на выходе при относительно небольших величинах подачи перекачиваемой среды (воды).
Посредством форсунок туманообразования 8 осуществляют мелкодисперсное распыление очищенных сточных вод в месте критического сечения сопла Лаваля 7, т.е. в месте его самого узкого поперечного сечения. При этом оси форсунок туманообразования 8 перпендикулярны оси сопла Лаваля 7, что обеспечивает возможность распыления очищенных сточных вод в направлении перпендикулярном оси сопла Лаваля 7.
Для получения мелкодисперсного тумана (водяной пыли) используются форсунки туманообразования 8 с диаметром сопла (0,1 мм - 0,2 мм). С помощью водяного насоса 4 высокого давления при давлении 60-70 атмосфер поток очищенных сточных вод попадают в раздающий коллектор 12, из которого подается на вход форсунок туманообразования 8, в которых приобретает высокую скорость. На выходе из форсунки, когда давление резко падает, ламинарный поток жидкости разбивается на капли различной величины, при этом создается водяной туман с размером капли 1,2-10 микрон, т.е. факел мелкодисперсного распыла. Расход воды через каждую форсунку составляет - 0,040-0,046 л/мин. Причем капли воды создающие туман настолько малы, что они мгновенно испаряются. Таким образом происходит микрораспыление очищенных сточных вод.
Одновременно с подачей потока очищенных сточных вод в сопло Лаваля 7 на вход сужающейся части сопла Лаваля 7 подается наружный воздух, имеющий температуру достаточную для исключения замерзания воды, т.е. такую температуру при которой исключается охлаждение воды ниже 0°С. Идеальной для работы форсунок туманообразования 8 является температура подаваемого воздуха в диапазоне от 20 до 45°С. Подача воздуха осуществляется с помощью побудителя 6 расхода воздуха. В качестве побудителя 6 расхода воздуха могут использоваться воздушный компрессор высокого давления, вентилятор или турбина.
При недостаточно высокой температуре наружного воздуха перед подачей на вход сопла Лаваля 7 может осуществляться нагрев воздуха до необходимых значений положительных значений температуры (выше 0°С). Нагрев потока воздуха может быть осуществлен путем установки на входе в трубу 5 устройства для нагрева воздуха (теплообменник, электронагреватель и т.д.).
В расширяющейся части сопла Лаваля 7 происходит ускорение потока до очень высоких скоростей, близких к сверхзвуковым скоростям. Достижение сверхзвуковых скоростей, как в идеальных условиях работы сопла Лаваля 7, может быть, но необязательно.
Мелкодисперсный поток очищенных сточных вод выносится из самого узкого поперечного сечения сопла Лаваля 7 с потоком воздуха. За упомянутым сечением сопла Лаваля 7 распыленная сточная вода почти мгновенно испаряется, т.е. происходит процесс образования пара из распыленных очищенных сточных вод.
Соприкасаясь с мелкодисперсным потоком распыленных очищенных сточных вод поток воздуха, нагнетаемый побудителем расхода 6, способствует ускорению процесса испарения очищенных сточных вод. Высокая скорость воздушного потока обеспечивает минимизацию каплеобразования и препятствует процессу концентрирования влаги на стенках сопла Лаваля 7 и трубы 11.
Поскольку скорость движения в потоке воздухе капель воды, имеющих большой размер, намного ниже, чем скорость движения капель воды в мелкодисперсном потоке, то при мелкодисперсном распылении очищенных сточных вод в поток воздуха, нагнетаемый под высоким давлением увеличивает дальность распыления потока, отводимого из сопла Лаваля, и, следовательно, увеличивает территорию распыления на местности, препятствуя выпадению осадков вблизи устройства и заболачиванию местности.
Паровоздушный поток 9, образовавшийся в расширяющейся части сопла Лаваля 7, отводят из сопла и через трубу 11 поток 10, отводят в окружающую атмосферу.
Экономическая эффективность заявленного изобретения определяется отсутствием необходимости термического выпаривания при существенных затратах энергии, строительства водоводов большой протяженности для сброса очищенных сточных вод в поверхностные водные объекты, а также платы за сброс сточных вод.