УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ОСАДКА ИЗ РАДИАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА
DEVICE FOR MECHANICAL REMOVAL OF THE SEDIMENT FROM THE RADIAL-FLOW SETTLEMENT TANK

Настоящее изобретение относится к технологии очистки сточных вод в радиальных отстойниках путем удаления из стоков взвешенных частиц нерастворимых веществ, выпадающих на дно отстойника в виде осадка. Это изобретение может найти применение в радиальных отстойниках на станциях аэрации питьевой и сточной воды и других предприятиях очистки промышленных и бытовых стоков.
Известно аналогичное устройство механического удаления осадка из радиального отстойника (см. свидетельство РФ на полезную модель №30613, 10.07.2003 г.), предназначенное для установки его на радиальный отстойник с целью сгребания осадка в иловый приямок на дне радиального отстойника, содержащее активное водило (мост, снабженный приводом), на котором закреплен инструмент, совершающий сложное движение по дну радиального отстойника с переносным движением по окружности вокруг центра радиального отстойника и с периодическим относительным движением по дуге окружности от границы дна к иловому приямку, при этом осадок удаляется со дна поэтапно отдельными полосами, перекрывающими последовательно одна другую. В результате многократных перемещений инструмента в относительном движении по полосам, перекрывающим последовательно одна другую, одновременно с удалением осадка происходит зачистка дна, что является достоинством этого оборудования, так как зачистка дна препятствует образованию на нем локальных зон налипшего осадка, который со временем уплотняется, загнивает и всплывает на поверхность, снижая качество очистки воды. Указанное известное устройство механического удаления осадка возвращает радиальный отстойник в первоначальное состояние в течение одного цикла переносного движения инструмента.
Известно другое аналогичное устройство механического удаления осадка из радиального отстойника (см. патент РФ №60390, Бюл.№3, 27.01.2007 г.). Это устройство также предназначено для установки его на радиальный отстойник с целью сгребания осадка в иловый приямок на дне радиального отстойника. Оно содержит активное водило (см. выше), кинематически связанное с инструментом, который осуществляет сложное движение по дну радиального отстойника с переносным движением по окружности вокруг центра радиального отстойника и с непрерывным относительным движением по окружности между границей дна и иловым приямком за счет применения соответствующих отдельных приводов. При этом инструмент удаляет осадок в иловый приямок поэтапно отдельными полосами, перекрывающими последовательно одна другую. По сравнению с первым аналогом в этом устройстве суммарная длина перемещений инструмента в его относительном движении по дну удваивается. Поэтому вероятность того, что радиальный отстойник будет возвращен в первоначальное состояние в течение одного цикла переносного вращательного движения инструмента, существенно возрастает.
Таким образом, в обоих известных аналогичных устройствах высокая эффективность удаления осадка достигается в результате многократного повторения перемещений сгребающего инструмента по дну в течение цикла, однако на совершение этих перемещений расходуется количество энергии, соответствующее суммарной длине этих перемещений.
Известно устройство механического удаления осадка из радиального отстойника (см. авторское свидетельство СССР №464536, БИ №11, 25.03.1975 г.), содержащее активное водило, то есть мост, снабженный приводом, в качестве надводной части и подводную часть в виде фермы, соединенной с приводным мостом, и рабочий инструмент, представляющий собой группу скребков, в которой скребки выстроены в ряд по спиральной линии и соединены граничащими кромками друг с другом посредством шарниров, причем каждый скребок имеет жестко скрепленную с ним тягу, шарнирно соединенную с фермой.
Задачей, решаемой устройством по авторскому свидетельству СССР №464536, является формирование призмы волочения удаляемого осадка и одновременно придание ей движения в направлении илового приямка, что достигается расположением скребков вдоль линии, близкой к спиральной, в результате чего из скребков образуется отвал.
Достоинством этого известного устройства, в отличие от упомянутых аналогов, является его малое энергопотребление вследствие минимальной длины одноразового в течение цикла перемещения скребков и сгребаемого осадка по дну.
Однако одноразовое в течение цикла перемещение скребков по дну, совершаемое неизменно в одном направлении, приводит к тому, что часть осадка тонким слоем намазывается на дно, уплотняется и сцепляется с поверхностью дна. Как уже отмечалось, такой слой загнивает и через некоторое время под действием образующихся при гниении газовых пузырьков всплывает на поверхность, что ухудшает качество очистки сточной воды.
Это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа, так оно имеет наибольшее число общих с заявляемым техническим решением существенных признаков.
Задачей настоящего изобретения является устранение присущего известному устройству недостатка за счет введения в рабочий инструмент новых скребковых элементов, которые оказывали бы на монолитную структуру слежавшегося осадка предварительное механическое воздействие с целью ослабления сцепления этого осадка с поверхностью дна. При этом должно сохраняться основное достоинство прототипа, а именно малое потребление энергии, расходуемой на перемещение илового осадка в приямок.
Поставленная задача решена следующим образом. Известное устройство механического удаления осадка из радиального отстойника, содержащее активное водило и группу основных скребков, которые имеют кинематическую связь как с активным водилом, так и между собой, образуя в совокупности на дне радиального отстойника, по крайней мере, один отвал, СОГЛАСНО настоящему изобретению снабжено группой распределенных вдоль упомянутого отвала и кинематически связанных с активным водилом дополнительных скребков, каждый из которых установлен перед отвалом на расстоянии, равном, по крайней мере, высоте основного скребка.
Такое новое техническое решение, сохраняя преимущества прототипа, всей совокупностью своих существенных признаков обеспечивает зачистку дна радиального отстойника в течение каждого цикла сгребания удаляемого осадка.
Заявляемая совокупность существенных признаков не известна из уровня техники. Поэтому предлагаемое устройство можно признать новым.
Заявляемое устройство механического удаления осадка из радиального отстойника соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень», так как предлагаемое техническое решение для специалиста явным образом не следует из известного уровня техники.
Сущность заявляемого устройства поясняется рисунками, где:
фиг.1 - схема взаимного расположения основного и дополнительных скребков;
фиг.2 - схема устройства с дополнительными скребками, развернутыми в сторону илового приямка радиального отстойника с центральным иловым приямком;
фиг.3 - схема устройства с дополнительными скребками, развернутыми в сторону, противоположную иловому приямку радиального отстойника с центральным иловым приямком;
фиг.4 - схема устройства с дополнительными скребками, развернутыми в сторону илового приямка радиального отстойника с кольцевым иловым приямком;
фиг.5 - схема устройства с дополнительными скребками, развернутыми в сторону, противоположную иловому приямку радиального отстойника с кольцевым иловым приямком.
Дополнительно на фиг.1-5 указано направление движения оборудования (сплошная жирная стрелка) и на фиг.1 - направление движения сгребаемого ила относительно скребков (штрихпунктирная линия).
Устройство механического удаления осадка из радиального отстойника содержит активное водило (1), шарнирно соединенное с неподвижной опорой (2) с возможностью вращения вокруг нее, а также основные скребки (3) и дополнительные скребки (4). Приводом активного водила (1) может служить подвижная опора (5), которая может быть выполнена в виде приводной тележки, то есть иметь хотя бы одно колесо, снабженное приводом. Привод водила может быть отдельным от подвижной опоры и выполнен, например, в виде двигателя с редуктором, который связан с цепной, зубчатой или цевочной передачей, расположенной по периметру радиального отстойника; привод также может быть расположен на неподвижной опоре (2) и приводить в движение непосредственно водило (1), при этом сама конструкция водила может быть расположена, хотя бы частично, под водой. Таким образом, активное водило (1) - это водило, так или иначе снабженное приводом. Что касается подвижной опоры (5), то она не является обязательным элементом оборудования и может отсутствовать, например, на радиальных отстойниках малого диаметра, когда достаточно иметь консольное активное водило (1) с неподвижной опорой (2), приводимое в движение расположенным на опоре (2) приводом. Основные скребки (3) имеют кинематическую связь между собой и с активным водилом (1). В совокупности основные скребки (3) соединены между собой в виде, как минимум, одного отвала. Кинематическая связь основных скребков (3) между собой может быть выполнена шарнирами (6). Дополнительные скребки (4) распределены вдоль основных скребков (3). Каждый из дополнительных скребков (4) имеет кинематическую связь тоже с активным водилом (1) и установлен перед соответствующим отвалом на расстоянии, равном, по крайней мере, высоте h основных скребков (3).
Предлагаемое устройство, установленное на радиальный отстойник, работает следующим образом. Сточные воды, поступающие на очистку, непрерывным потоком подаются в чашу радиального отстойника через центральную подводящую трубу (7). Во время нахождения сточных вод в чаше радиального отстойника происходит их очистка как за счет физических процессов выпадения взмученных частиц на дно (8) отстойника, так и химико-биологических процессов образования различных органических коагулянтов, которые также опускаются на дно (8) отстойника, увлекая более мелкие частицы. Таким образом, на дне (8) отстойника образуется слой ила. Активное водило (1), опираясь в рассматриваемом случае на подвижную опору (5), движущуюся по борту (9) чаши отстойника, перемещает по дну (8) основные скребки (3) и дополнительные скребки (4). При этом из осадка перед отвалом формируется призма волочения с катетом В, направляемая в иловый приямок (10) за счет формы основных скребков (3) в плане.
Установленные перед отвалом дополнительные скребки (4) при перемещении их по дну (8) внедряются под острым углом в массив удаляемого осадка, разделяют его на части и срезают с поверхности дна, сдвигая каждую часть массива по отдельности в направлении, которое пересекается с направлением движения основных скребков (3). За счет этого достигается эффект улучшения качества очистки дна, так как механическое воздействие на удаляемый осадок, предваряющее перемещение его отвалом в иловый приямок, препятствует налипанию осадка на дно. При этом направление указанного сдвига зависит от того, в какую сторону относительно илового приямка развернуты дополнительные скребки (4). Эффект улучшения качества очистки дна, естественно, достигается только в том случае, когда размеры и расположение дополнительных скребков (4) обеспечивают им прохождение по всей очищаемой поверхности дна радиального отстойника. Соединение основных скребков (3) шарнирами (6) позволяет основным скребкам (3) поворачиваться друг относительно друга в вертикальной плоскости и наилучшим образом прилегать к неровностям дна (8), что также способствует повышению качества очистки дна (8). Следует также отметить, что наличие шарниров (6) не является обязательным; улучшения прилегания к дну (8) чаши отстойника можно добиться, например, подбором соответствующей гибкости отвала в целом либо задав определенные требования к неровностям дна (8) для обеспечения совместимости работы оборудования и отстойника.
На основании проведенных опытов и условий, заложенных в расчет усилий сгребания осадка, форма призмы волочения в сечении представляет собой фигуру, близкую к прямоугольному треугольнику с гипотенузой, расположенной под углом 45° к поверхности дна отстойника, а катет такого треугольника не превышает высоты основного скребка (см., например, диссертацию В.И.Морозовой «Исследование и разработка рационального оборудования для удаления осадка из радиальных отстойников», Л., 1979 г.).
Таким образом, минимальный зазор между отвалом и дополнительными скребками (4), достаточный для прохождения призмы волочения вдоль отвала, должен составлять, как минимум, одну высоту h основных скребков (3). В связи с тем, что призма волочения в поперечном сечении представляется равнобедренным прямоугольным треугольником, катет которого увеличивается по мере приближения материала сгребаемого осадка к иловому приямку (10) в его относительном движении вдоль отвала и достигает размера В, высота h основных скребков (3) должно быть больше В и, соответственно, расстояние между дополнительными скребками (4) и основными скребками (3) должно быть не меньше h. Это условие обеспечит беспрепятственное прохождение призмы волочения. Конкретные значения В и h рассчитываются по нагрузке на радиальный отстойник, выражающейся в максимальном количестве осадка, выпадающего на дно отстойника в мм/сутки. К примеру, расчет оборудования конкретного 54-метрового первичного радиального отстойника с выпадением осадка до 270 мм/сутки показывает, что В не превысит 160 мм и высота основных скребков (3) 250 мм достаточна с запасом. Соответственно, на таком же расстоянии от основных скребков (3) можно располагать и дополнительные скребки (4).
Особенностью предлагаемого устройства является также то, что при развороте дополнительных скребков (4) в сторону, противоположную иловому приямку (10), эффект зачистки дна усиливается за счет более резкого изменения направления движения ила, перемещаемого сначала дополнительными скребками (4), а затем основными скребками (3).
Одновременно достигается дополнительный эффект компенсации радиального усилия, действующего на отвал, возникающий в результате встречного направления радиальных составляющих реактивных сил, действующих на основные (3) и дополнительные (4) скребки.
Таким образом, предлагаемое устройство механического удаления осадка из радиального отстойника обеспечивает эффективную очистку дна радиального отстойника при минимальной затрате энергии.