УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER TREATMENT APPARATUS

Изобретение относится к области очистки жидкостей от нерастворимых примесей, например к очистке природных и сточных вод.
Известен резервуар для очистки воды методом отстаивания, описанный в [1]. Резервуар содержит прямоугольную в плане емкость, устройство для сбора и удаления осадка, а также приемный и распределительный лотки с патрубками.
Очищаемая вода подается в емкость через патрубок для подвода воды в приемный лоток, а затем движется горизонтально к отводящему лотку и через патрубок отводится за пределы отстойника. При этом из очищаемой воды на днище емкости выпадают нерастворимые примеси в виде осадка, плотность которого больше плотности воды. Затем осадок, выпавший на днище емкости, удаляется из резервуара с помощью различных устройств для сбора и удаления осадка, например, скребковых механизмов.
Недостатком этого решения является высокая влажность извлекаемого из отстойника осадка и вследствие этого высокие затраты на его обезвоживание.
Наиболее близким решением к заявленному изобретению является установка для очистки воды в виде отстойного резервуара [2], содержащая прямоугольную в плане емкость с подводящим и отводящим патрубками, расположенными в ее верхней части. В нижней части емкости у противоположных стенок расположены ведущий и ведомый валы. При этом на ведомом валу размещен рулон водопроницаемой пленки (мембраны), свободный конец которой располагается на днище отстойного резервуара и своим краем прикреплен к ведущему валу, оборудованному приводом.
В процессе работы очищаемая жидкость поступает по подводящему патрубку в емкость и движется в горизонтальном направлении к отводящему патрубку. При движении жидкости через резервуар из нее выделяются нерастворимые примеси в виде осадка, который выпадает на участок водопроницаемой пленки (мембраны), отмотанный от рулона и уложенный на днище.
Ведущий вал приводится во вращение, что сопровождается горизонтальным движением проницаемой пленки (мембраны) вдоль днища, при этом мембрана вместе с осадком наматывается на ведущий вал.
Вследствие того, что при наматывании водопроницаемой пленки на вал происходит частичное обезвоживание осадка, влажность осадка, извлекаемого из отстойника, уменьшается по сравнению с известными способами удаления осадка.
Недостатком этого решения являются высокие затраты на обезвоживание осадка и низкий эффект очистки жидкости.
Задачей изобретения является уменьшение влажности извлекаемого из очищаемой воды осадка с одновременным увеличением эффекта очистки воды.
Для решения указанной задачи предлагается емкость установки для очистки воды дополнительно оборудовать водопроницаемой перегородкой, образующей со стенками и днищем замкнутую полость и служащей подложкой для водопроницаемой пленки (мембраны), а отводящий патрубок присоединить к указанной замкнутой полости. К отводящему патрубку предлагается присоединить насос своей всасывающей полостью. Емкость дополнительно оборудовать направляющими, в которых размещаются подшипники ведущего и ведомого валов, а также промежуточным валом, при этом ведущий вал расположить над поверхностью жидкости.
В процессе работы установки очищаемая вода подается в емкость через патрубок для подвода воды, а затем проникает через водопроницаемую пленку и водопроницаемую перегородку (подложку) в замкнутую полость, образованную водопроницаемой перегородкой и стенками емкости. Из замкнутой полости вода поступает через отводящий патрубок откачивается насосом и направляется для использования, а осадок накапливается в порах пленки и на ее поверхности. Пленка вместе с осадком наматывается на ведущий вал в виде рулона. Из рулона вода под действием силы тяжести стекает в резервуар.
Новым в заявленном изобретении является дооборудование устройства для сбора и удаления осадка, входящего в состав установки для очистки воды, следующим:
- водопроницаемой перегородкой, образующей со стенками и днищем замкнутую полость, к которой присоединен отводящий патрубок;
- насосом, присоединенным к отводящему патрубку своей всасывающей полостью;
- промежуточным валом;
- направляющими с размещенными в них подшипниками ведомого и промежуточного валов.
Новым является также расположение ведущего вала над поверхностью воды.
Использование указанного дооборудования устройств для сбора и удаления осадка, входящих в состав установок для очистки воды, с целью сокращения затрат на обезвоживание осадка с одновременным увеличением эффекта очистки воды не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Оборудование водопроницаемой перегородкой устройства для сбора и удаления осадка, входящего в состав установки для очистки воды, позволяет извлекать из установки осадок с низким содержанием воды, а следовательно, снизить затраты на его дальнейшее обезвоживание. Одновременно с этим приведенное решение обеспечивает увеличение эффекта очистки воды. Увеличению степени обезвоживания осадка способствует также размещение ведущего вала над поверхностью воды.
Оборудование установки для очистки воды насосом, всасывающая полость которого присоединена к отводящему патрубку, позволяет обеспечить увеличение производительности, а дооборудование ее направляющими с размещенными в них подшипниками ведомого, промежуточного и ведущего валов обеспечивает удобство замены рулонов водопроницаемой пленки.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где на фигуре 1 показан продольный разрез, а на фигуре 2 - его план.
Установка для очистки воды содержит прямоугольную в плане емкость 1. На противоположных сторонах емкости расположены подводящий 2 и отводящий 3 патрубки. Под уровнем воды в емкости размещены ведомый вал 4 и промежуточный вал 5. На ведомом валу размещен рулон водопроницаемой пленки, свободный конец 6 которой лежит на водопроницаемой перегородке 7, проходит под промежуточным валом и закреплен своим краем на ведущем валу 8. Поры водопроницаемой перегородки, как правило, крупнее пор водопроницаемой пленки. Концы ведомого и промежуточного валов имеют подшипники и размещены в направляющих 9.
Ведущий вал имеет привод в виде редуктора 10 и двигателя 11. В состав установки входит насос 12, присоединенный к ее отводящему патрубку.
Установка работает следующим образом. Очищаемая жидкость поступает по подводящему патрубку 2 в емкость 1. При выдерживании жидкости в емкости происходит выпадение нерастворимых примесей на участок водопроницаемой пленки 6. Одновременно с этим процессом под действием высоты столба воды в емкости происходит проникновение жидкости через поры водопроницаемой пленки 6 и через поры водопроницаемой перегородки 7 в полость под водопроницаемой перегородкой. Из полости под водопроницаемой перегородкой вода поступает по отводящему патрубку 3 к потребителям самотеком и (или) под действием разрежения, создаваемого насосом 12.
Одновременно с выдерживанием жидкости в емкости организуется горизонтальное движение водопроницаемой пленки вдоль поверхности водопроницаемой перегородки, что обеспечивается вращением ведущего вала 8 и наматыванием на него пленки 6. Вращение ведущего вала осуществляется известным образом, например, с помощью редуктора 10 и двигателя 11.
После полного сматывания пленки с ведомого вала 4 и наматывания ее на ведущий вал 8, последний может быть отправлен на дальнейшее обезвоживание или на полигон для твердых отходов, а в емкость загружается новый рулон водопроницаемой пленки. На концы ведомого вала нового рулона надевают подшипники, вставляют эти подшипники в направляющие 9 и опускают рулон на водопроницаемую перегородку 7. До загрузки от рулона отматывается конец пленки и своим краем крепится к ведущему валу 8, после чего опускают промежуточный вал 5, а затем фиксируют положение ведущего вала. После выполнения указанных операций участок водопроницаемой пленки между ведомым и промежуточным валом всей своей поверхностью должен соприкасаться с поверхностью перегородки 7.
Дооборудование емкости водопроницаемой перегородкой, образующей со стенками и днищем замкнутую полость и служащей подложкой для водопроницаемой пленки, а также отводящим патрубком, присоединенным к указанной замкнутой полости, позволяет добиться более высокого эффекта очистки воды и более низкой влажности извлекаемого осадка.
Одновременно с достижением указанных эффектов значительно увеличивается расход очищаемой воды (производительность установки) за счет увеличения площади живого сечения для потока воды.
Увеличение эффекта очистки в предлагаемой установке объясняется тем, что в ней происходит не только выпадение крупных примесей в осадок, но и накапливание более мелких примесей в порах водопроницаемой пленки, что обеспечивает формирование дополнительного фильтрующего слоя. Включение в состав осадка более мелких примесей делает его более плотным, что является дополнительным фактором, способствующим снижению влажности извлекаемого осадка.
Присоединение к отводящему патрубку насоса своей всасывающей полостью позволяет увеличить расход воды, проходящей через водопроницаемую пленку.
Дооборудование емкости промежуточным валом и размещение при этом ведомого и промежуточного вала под уровнем воды, а ведущего вала над поверхностью воды позволяет дополнительно снизить влажность извлекаемого из воды осадка. Дополнительное снижение влажности осадка происходит вследствие обезвоживания осадка за счет гравитационного удаления из него воды. По этой причине влажность осадка, извлекаемого из установки, меньше, чем в известных устройствах.
Дооборудование емкости направляющими, обеспечивающими возможность перемещения подшипников ведомого и промежуточного валов, обеспечивает удобство замены загрязненных рулонов на чистые рулоны.
Устройство установки и ее работа не содержат элементов и операций, которые могут оказаться невыполнимыми при существующем уровне развития науки и техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».
Примеры реализации изобретения.
Пример 1
Для очистки дождевой сточной воды, поступающей от регулирующего резервуара и содержащей взвешенные вещества, использовалась сначала установка, выполненная в соответствии с описанием прототипа. Она имеет емкость с размерами в плане 400×3600 мм, высота слоя воды в ней - 300 мм. Установка оборудована устройством для сбора осадка в виде ведущего и ведомого валов, опирающихся своими концами на подшипники, при этом на ведомый вал надет рулон водопроницаемой пленки, свободный конец которой размещен на днище емкости и своим краем прикреплен к ведущему валу.
2
В качестве водопроницаемой пленки использован нетканый полипропиленовый материал «Спанбонд», имеющий плотность 40 г/м.
Диаметр рулона чистого нетканого материала 0,25 м, длина рулона - 0,3 м, длина материала в рулоне 150 м.
Через установку пропускалась очищаемая вода, расход которой замерялся с помощью крыльчатого расходомера и секундомера. Точность крыльчатого расходомера 0,15%.
Замена загрязненной части полотна водопроницаемой пленки на чистое осуществлялось путем вращения вручную ведущего вала, при этом замена полотна на всей длине емкости осуществлялась через 1 час.
Через указанный промежуток времени отбирались пробы воды перед установкой и на выходе из установки. В отобранных пробах определялось содержание взвешенных веществ в соответствии с руководящим документом [3].
Через 8 часов загрязненный рулон спанбонда отрезался от полотна и взвешивался на весах напольных с точностью 0,1%.
Масса воды в рулоне после восьмичасового цикла очистки определялась по формуле
в
р
ч
с
m=m-m-m,
р
где m - масса рулона после цикла очистки;
ч
m - масса чистого рулона;
с
m - масса задержанных примесей по сухому веществу за цикл очистки.
Для расчета последней величины использовалась формула
с
исх.
оч.
m=(С-С)·Q·τ,
исх.
оч.
где С и С - концентрация взвешенных веществ в исходной и очищенной воде соответственно;
Q - расход воды, подаваемой на очистку;
τ - время цикла очистки (8 часов).
Влажность осадка в рулоне вычислялась по формуле
в
в
с
w=m·100/(m+m).
После выполнения серии опытов емкость была оборудована водопроницаемой перегородкой в соответствии с п.1 формулы изобретения, при этом в качестве водопроницаемой перегородки (подложки для водопроницаемой пленки) использована сетка «Плурима», уложенная на бипланарную (двухплоскостную) дренажную сетку «TENAX», которая в свою очередь уложена на днище емкости. Для отвода очищенной воды из замкнутой полости, образованной описанной выше водопроницаемой перегородкой (сеткой) и стенками емкости к днищу присоединен патрубок отвода очищенной воды.
Описанные ранее опыты были повторены для дооборудованной установки.
Параметры работы установки, выполненной в соответствии с прототипом и в соответствии с п.1 формулы изобретения, представлены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование параметров
Варианты исполнения установки
По прототипу
По п.1 формулы изобретения
Расход очищаемой воды, м<sup>3</sup>/ч
4,3
8,0
Концентрация взвешенных веществ, мг/л
На входе в установку
400
400
На выходе из установки
160
100
Эффект очистки, %
60
75
Масса чистого рулона, кг
0,46
0,46
Масса рулона после цикла очистки, кг
49,03
83,94
Масса задержанных примесей по сухому веществу за цикл очистки, кг
8,26
19,2
Масса воды в рулоне, кг
40,31
64,28
Влажность осадка, %
83
77
Из сравнительного анализа результатов опытов можно заключить, что дооборудование емкости водопроницаемой перегородкой, образующей со стенками и днищем замкнутую полость и служащей подложкой для водопроницаемой пленки, а также отводящим патрубком, присоединенным к указанной замкнутой полости, позволяет добиться более высокого эффекта очистки воды (75% вместо 60% у прототипа) и более низкой влажности извлекаемого осадка (77% вместо 83% у прототипа).
Одновременно с достижением указанных эффектов значительно увеличивается расход очищаемой воды (производительность установки).
Пример 2
Установка для очистки воды, выполненная в соответствии с п.1 формулы изобретения и описанная в примере 1, дополнительно была оборудована промежуточным валом, при этом ведомый и промежуточный валы расположены под уровнем воды, а ведущий вал расположен над поверхностью воды.
Параметры работы установки, выполненной в соответствии с п.1 и с п.3 формулы изобретения представлены ниже в таблице 2.
Таблица 2
Наименование параметров
Варианты исполнения установки
По п.1 формулы изобретения
По п.3 формулы изобретения
Расход очищаемой воды, м /ч
8,0
8,0
Концентрация взвешенных веществ, мг/л
На входе в установку
400
400
На выходе из установки
100
100
Эффект очистки, %
75
75
Масса чистого рулона, кг
0,46
0,46
Масса рулона после цикла очистки, кг
83,94
83,94
Масса задержанных примесей по сухому веществу за цикл очистки, кг
19,2
19,2
Масса воды в рулоне, кг
64,28
64,28
Влажность осадка, %
77
75
Из анализа таблицы видно, что дооборудование емкости промежуточным валом и размещение при этом ведомого и промежуточного вала под уровнем воды, а ведущего вала над поверхностью воды, позволяет дополнительно снизить влажность извлекаемого из воды осадка с 77% до 75%.
Источники информации
1. Яковлев С.В., Карелин Я.М., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. - М.: Стройиздат, 1975, стр.238.
2. Патент РФ №2173570, выданный 14.10.1992 г.
3. РД 52.24.468-2005. Руководящий документ. Взвешенные вещества и общее содержание примесей в водах. Методика выполнения измерений массовой концентрации гравиметрическим методом. - М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.