Способ и установка для предотвращения образования запахов дурно пахнущих веществ в системах транспортировки и очистки сточных вод
METHOD AND INSTALLATION OF THE ODOR FORMATION PREVENTION OF BAD SMELLING SUBSTANCE IN TRANSPORTATION AND WASTEWATER TREATMENT SYSTEMS

Группа изобретений относится к области очистки производственных и бытовых загрязненных вод и предназначена для предотвращения образования запахов дурно пахнущих веществ (ДПВ) в системах транспортировки и очистки сточных вод, в том числе до очистных сооружений.
Проблемами в данной области техники является как степень очистки от запахов ДПВ, так и стоимость очистки.
В настоящее время запахи ДПВ рассматриваются как фактор загрязнения окружающей среды, которые следует нормировать, добиваясь снижения выбросов.
Наличие запахов ДПВ характерно практически для всех известных очистных сооружений канализации. В системе водоотведения запахи ДПВ (сероводород, меркаптаны, летучие жирные кислоты и другие восстановленные соединения - амины, альдегиды и кетоны) образуются в результате анаэробного биологического разложения органических веществ, прежде всего белков (особенно серосодержащих) и углеводов. В формировании запаха также принимают участие микроорганизмы-сульфатредукторы, обитающие в сточной воде и получающие энергию за счет окисления органических веществ при восстановлении серы, содержащейся в сульфитах.
Запахи ДПВ от канализационных каналов и насосных станций свидетельствуют о развитии анаэробных процессов, приводящих к серьезным проблемам, например газовой коррозии бетона в коллекторах или коррозии электрооборудования. Для предотвращения негативных последствий необходимо своевременно определять источники выбросов и организовывать систему вентиляции.
Для очистки воздуха от загрязняющих веществ и запахов на очистных сооружениях и объектах канализации в качестве доступных технологий используют газоочистное оборудование, что малоэффективно и достаточно дорого.
При невозможности перекрытия источников выброса запаха с больших площадей (иловых карт, шламонакопителей) используют технологии с распылением веществ, нейтрализующих запах, например смесь растительных эфирных масел, высокая реакционная способность которых обеспечивает их взаимодействие с ДПВ и нейтрализацию последних.
Существуют методы очистки воздуха от ДПВ: термические, биологические, сорбционные, каталитические, химические, однако практическое использование перечисленных методов показало, что ни один из них в отдельности не обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к удалению запахов ДПВ в системах транспортировки и очистки сточных вод.
Известен способ очистки воздуха от ДПВ термическим окислением, (см. Богомолов М.В., Кармазинов Ф.В., Костюченко С.В. «Методы удаления запахов в системах транспортировки и очистки сточных вод». - Водоснабжение и санитарная техника, 2016, №7, стр. 36).
Известный способ очистки воздуха от ДПВ заключается в прямом сжигании газообразных горючих компонентов в основном органического происхождения, преимущественно большого количества метана. Метод достаточно дорогостоящий, энергоемкий, создающий новые проблемы с выбросами в атмосферу и не может быть использован в системе водного хозяйства для удаления запахов в системах транспортировки и очистки сточных вод до очистных сооружений.
Наиболее близкие аналоги к заявленному способу и установке для предотвращения образования ДПВ в системах транспортировки и очистки сточных вод перечислены в статье (см. Богомолов М.В., Кармазинов Ф.В., Костюченко С.В. «Методы удаления запахов в системах транспортировки и очистки сточных вод». - Водоснабжение и санитарная техника, 2016, №7, стр. 35-42), где ставится задача максимально затормозить процессы образования ДПВ в жидкой фазе и уменьшить эмиссию дурно пахнущих веществ в атмосферу путем устройства различных перекрытий, позволяющих более эффективно удалять ДПВ из газовой фазы в точках выброса.
Известен биологический метод, который основан на сорбции токсичных ДПВ из газового потока водной фазой - средой обитания микроорганизмов, с последующей деструкцией сорбированных веществ этими микроорганизмами. Биологический метод применим как в жидкой фазе, так и в газообразной, однако имеет свои недостатки. Так как биофильтры имеют большие размеры, поэтому требуют значительных площадей. Кроме того, биофильтры не могут работать при низких температурах, что создает сложности при их внедрении на действующих станциях очистки. Также биофильтры требуют длительного времени для адаптации к новым веществам или изменению концентрации удаляемых примесей. Указанные особенности данного метода не позволяют использовать его в системах транспортировки и очистки сточных вод до очистных сооружений.
Известен фотохимический метод очистки от ДПВ (см. Богомолов М.В., Кармазинов Ф.В., Костюченко С.В. «Методы удаления запахов в системах транспортировки и очистки сточных вод». - Водоснабжение и санитарная техника, 2016, №7, стр. 39), при котором при воздействии ультрафиолетового электрозарядного излучения с длиной волны менее 200 нм в воздухе эффективно идут процессы диссоциации кислорода и воды с образованием атомарного кислорода и радикалов ОН, которые эффективно окисляют ДПВ. В устройствах для осуществления этого метода используются мощные УФ-лампы различных типов и их комбинации. Основным преимуществом этого метода является высокая однородность генерации радикалов во всем реакционном объеме и независимость от влажности воздуха.
К недостаткам способа относится невозможность предотвращения образования запахов, высокая энергоемкость и материалоемкость, большие капитальные и эксплуатационные затраты, что не позволяет повсеместно использовать их в системах транспортировки и очистки сточных вод, т.е. до очистных сооружений.
Известна установка для удаления запахов ДПВ фирмы AerOzon Technologle (Германия) (см. Богомолов М.В., Кармазинов Ф.В., Костюченко С.В. «Методы удаления запахов в системах транспортировки и очистки сточных вод». - Водоснабжение и санитарная техника, 2016, №7, стр. 40) в которой в качестве устройства интенсификации окислительной способности при очистке от ДПВ используются мощные УФ-лампы.
К недостаткам установки относится невозможность предотвращения образования запахов в водной фазе сточных вод, высокая энергоемкость и материалоемкость, большие капитальные и эксплуатационные затраты, что позволяет использовать их в системах транспортировки и очистки сточных вод лишь на очистных сооружениях, т.е. в местах эмиссии дурнопахнущих веществ в атмосферу.
Технической задачей и техническим результатом предлагаемой группы изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, является создание высокоэффективных способа и устройства для его осуществления, позволяющих предотвратить появление запахов ДПВ в системе транспортировки и очистки сточных вод до очистных сооружений.
Технический результат в части способа достигается тем, что предлагаемый способ для предотвращения образования запахов дурно пахнущих веществ (далее ДПВ) путем их окисления в системах транспортировки и очистки сточных вод, включающий сбор стоков, состоящих из жидкой и газовоздушной фазы, и их последующую очистку, имеет отличия, а именно перед подачей стоков по напорному трубопроводу к очистным сооружениям производят совместную обработку жидкой и газовоздушной фазы стоков в устройстве, установленном на канализационной насосной станции, где перед смешением жидкой фазы стоков с газовоздушной фазой производят ускорение жидкой фазы стоков, придание ей винтообразного движения, обработку ее кавитацией низкой интенсивности и смешение с атмосферным воздухом, а в процессе смешения аэрированной жидкой фазы стоков с газовоздушной фазой стоков за счет дальнейшего ускорения и турбулизации сформированного потока, содержащего органические вещества, обуславливающие запахи ДПВ, производят их окисление и электрокоагуляцию.
Предлагаемый способ очистки позволяет эффективно предотвратить образование запахов ДПВ, производя окисление веществ, образующих дурные запахи, в обрабатываемой жидкой и газовоздушной фазе стоков как при транспортировке стоков до очистных сооружений, так и на очистных сооружениях, при снижении стоимости обработки по сравнению с известным способом.
Для осуществления способа предлагается установка, помещаемая в приемной камере канализационной насосной станции, соединенной с очистными сооружениями напорным трубопроводом, которая связана со способом единым изобретательским замыслом.
Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что в установке для предотвращения образования запахов ДПВ в системах транспортировки и очистки сточных вод, состоящих из жидкой и газовоздушной фазы, содержащей устройство для интенсификации окислительной способности, имеются отличия, а именно установка дополнительно содержит резервуар для приема по самотечному трубопроводу стоков, установленный в приемной камере канализационной насосной станции, соединенной с очистными сооружениями напорным трубопроводом, при этом для повышения окислительной способности используется устройство интенсификации окислительной способности путем создания в потоке стоков кавитации низкой интенсивности, включающее камеру ускорения и образования винтообразного потока, а также камеру разрежения с приспособлением для подачи атмосферного воздуха, где вход устройства интенсификации окислительной способности соединен с резервуаром для приема жидкой фазы стоков посредством трубопровода с заборником стоков на конце, установленным в резервуаре ниже уровня стоков, а выход подключен к насосу канализационной насосной станции, обеспечивающему последующую подачу аэрированной жидкой фазы стоков для смешения с газовоздушной фазой стоков в устройство для активации процесса физико-химической очистки, включающее камеру ускорения и образования винтообразного потока и камеру электрокоагуляции с биметаллическими «спиралями Архимеда» на ее выходе, при этом другой вход устройства для активации процесса физико-химической очистки соединен посредством трубопровода с камерой ускорения и заборником для подачи газовоздушной фазы сточных вод, установленным в резервуаре над поверхностью стоков, а выход соединен с напорным трубопроводом канализационной насосной станции.
Таким образом, предлагаемая установка предотвращает образование запахов ДПВ при дальнейшем перемещении стоков в системах транспортировки и очистки несточных вод за счет обеспечения высокой эффективности процесса окисления органических веществ, содержащихся в стоках как в жидкой, так и в газовоздушной фазе. Это значительно повышает качество очистки и снижает капитальные, эксплуатационные и энергетические затраты без дополнительного подвода электрической и тепловой энергии.
На чертеже изображен общий вид установки в разрезе.
Установка содержит приемный резервуар 1 для стоков, установленный в приемной камере 2 канализационной насосной станции 3 ниже уровня земли. Камера 2 канализационной насосной станции 3 оснащена крышкой 4 с люком для монтажа установки и обслуживания (люк на чертеже условно не показан). Стоки в приемный резервуар 1 поступают по самотечному трубопроводу 5 и состоят из жидкой фазы и газовоздушной фазы. Самотечный трубопровод 5 оснащен запорной и регулирующей арматурой (запорная и регулирующая арматура на чертеже условно не показана). Устройство интенсификации окислительной способности 6 включает камеру ускорения и образования винтообразного потока (не показана) в виде суживающегося конуса с установленными на его стенках вдоль проточной части с наклоном по потоку профилированными элементами сопротивления и камеру разрежения (не показана), установленную непосредственно перед рабочим колесом (не показано) насоса 10 канализационной насосной станции 3. К камере разрежения подсоединено устройство 7 ввода воздуха в поток. Устройство 6 позволяет создавать пластичную среду, состоящую из водовоздушной смеси, которая «не рубится» лопастями рабочего колеса, а обтекает его, вследствие чего в потоке кавитация снижается до низких значений. Устройства интенсификации окислительной способности путем создания в потоке стоков кавитации низкой интенсивности известны (см. патент на полезную модель №89183 или патент на изобретение №2260716), поэтому камера ускорения и образования винтообразного потока на чертеже условно не показана.
Вход устройства 6 для интенсификации окислительной способности соединен с резервуаром 1 посредством трубопровода с заборником 8 жидкой фазы стоков на конце, установленным в резервуаре 1 ниже уровня жидкой фазы стоков.
Выход устройства 6 подключен к напорному патрубку (не показан) насоса 10 канализационной насосной станции 3, который обеспечивает последующую подачу стоков через трубопровод 9 в устройство 11 активации процесса, включающее камеру ускорения и образования винтообразного потока (не показана) и камеру (не показана) электрокоагуляции, установленную на выходе из камеры ускорения и образования винтообразного потока. Еще один вход устройства 11 соединен посредством трубопровода (не показан) с заборником 12, установленным в резервуаре 1 над поверхностью жидкой фазы стоков и предназначенным для подачи газовоздушной фазы стоков в устройство 11. Выход устройства 11 соединен с напорным трубопроводом 13 канализационной насосной станции 3, подающим предварительно очищенные от запахов ДПВ стоков на очистные сооружения (не показаны).
Устройство 11 для активации процесса выполнено с потоконаправляющими вводами жидкой фазы и газовоздушной фазы в полость для смешения сред, обеспечивающими совместно с формой полости винтообразное и ускоренное движение образующегося двухфазного потока, а также турбулизацию потока. Полость для смешения сред (камера ускорения и образования винтообразного потока) выполнена в устройстве 11 сообщающейся с полостью соосно расположенной камеры электрокоагуляции, выполненной с многозаходными гальваническими парами в виде биметаллических «спиралей Архимеда» из меди и стали и диэлектрическими проставками в виде колец (см. патент на изобретение №2477710).
Напорный трубопровод 13 оснащен запорной и регулирующей арматурой (запорная и регулирующая арматура на чертеже условно не показана).
Установка для осуществления способа работает следующим образом.
Стоки, состоящие из жидкой и газовоздушной фазы поступают в приемный резервуар 1 по самотечному трубопроводу 5. При включении насоса 10 через заборник 8 осуществляется забор жидкой фазы стоков и происходит ее подача в камеру ускорения и образования винтообразного потока устройства 6. За счет наличия суживающегося конуса и наличия профилированных лопаток, установленных по направлению движения рабочего колеса насоса 10, в данной камере поток жидкой фазы ускоряется, приобретает винтообразное движение, и вместо того, чтобы «рубиться» лопастями рабочего колеса, как бы «ввинчивается» в гидравлическую машину. Кавитация в потоке снижается до низких величин, а низкий уровень кавитации является фактором, способствующим более эффективной очистке воды и стоков (см. патент России №1798332, C02F 11/00, опубл. 1998, патент России №2146231, C02F 3/12, опубл. 2000, И. Пирсол «Кавитация». М., «Мир», 1975, с. 70). Дальнейшее снижение кавитации происходит в камере разрежения устройства 6, где за счет ускоренного и винтообразного движения потока создается разрежение и происходит подсос атмосферного воздуха через устройство 7, образуется двухфазная смесь, поток становится более пластичным.
Смешение обработанной кавитацией низкой интенсивности и аэрированной жидкой фазы стоков с газовоздушной фазой стоков производят в камере ускорения и образования винтообразного потока устройства активации 11. Обработанный в устройстве 6 поток поступает от насоса 10 через трубопровод 9 в камеру ускорения и образования винтообразного потока устройства 11 через один вход с потоконаправляющими устройствами. Через другой вход устройства 11, также снабженный потоконаправляющими устройствами, связанный трубопроводом с заборным устройством 12, происходит подсос газовоздушной фазы стоков из резервуара 1. В данной камере при дальнейшем ускорениии турбулизации сформированного потока происходит активное окисление органических веществ, обуславливающих появление дурно пахнущих запахов, как из жидкой, так и газовоздушной фаз стоков. Совместная обработка органических веществ, обуславливающих запахи из жидкой и газовоздушной фаз стоков, продолжается в камере электрокоагуляции устройства 11, где вращательное движение воздушно-иловой смеси интенсифицирует образование в микрообъемах гальванической пары гидроокиси железа, которая становится коагулянтом и захватывает ионы металлов и неметаллов.
Из устройства 11 обработанный поток напорным трубопроводом 13 канализационной насосной станции 3 подают предварительно очищенные от запахов ДПВ стоки на очистные сооружения для последующей очистки различными методами.
Предлагаемый способ и установка для его осуществления не требуют дополнительных затрат электроэнергии, используя энергию канализационной насосной станции 3.