СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
SEWAGE TREATMENT PLANT

Изобретение относится к комбинированным способам обработки и обеззараживания воды с применением нескольких химических компонентов и физических воздействий для получения чистой воды в замкнутом контуре.
Система предназначена для очистки следующих видов сильнозагрязненных вод: сточные воды (фекальные и бытовые), нефтесодержащие воды, природные воды из открытых и подземных источников для технических целей.
Система состоит из трех функциональных блоков: предварительной очистки, коагуляции-флотации, доочистки и обеззараживания.
Первый блок служит для первичной очистки воды путем выделения из нее крупных фракций посредством фильтрации и отстаивания.
В блоке коагуляции-флотации вода смешивается с коагулянтом в смесителе, куда насосом-дозатором подается коагулянт. Далее частицы загрязнений взаимодействуют с коагулянтом в реакционной емкости внутри центральной обечайки флотатора-коагулятора. После укрупнения они удаляются посредством флотации. Флотатор-коагулятор содержит корпус, состоящий из концентрически расположенных круглых в плане обечаек, между внутренней и средней из которых организована камера флотации; конической перегородки в верхней части аппарата, между наружной и внутренней обечайками сформированы камера сбора и удаления пены, а также емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды, при этом в конструкции полностью отсутствуют подвижные детали, удаление пены и отвод обработанной воды осуществляются самотеком. Для осуществления процесса флотации часть обработанной во флотаторе-коагуляторе воды возвращается насосом через эжектор-кавитатор, подсасывающий атмосферный воздух, и систему аэраторов в камеру флотации.
В блоке доочистки и обеззараживания обеспечивается доочистка воды обеззараживанием пероксидом водорода совместно с гидродинамической кавитацией и озоно-воздушной смесью, генерируемой из осушенного атмосферного воздуха в озонообразующей лампе УФ-излучения, и фильтрацией. На финальной стадии очищенная вода обрабатывается УФ-излучением.
Образующаяся при флотации пена отводится в фильтр мешочный, где шлам обезвоживается и по мере накопления удаляется на утилизацию. Отделенная вода направляется повторно на обработку в станцию.
Принципиальная схема станции очистки сточных вод представлена на фигуре 1.
Известны устройства стационарных комплексов и станций переработки сточных вод, описанные в источниках [1], [2], [3], [4], [5], [9] и мобильных судовых [6], [7], [8], [10].
Наиболее близкой по технической сущности является изобретение RU 2530106 «Устройство для очистки сточных вод».
Признаками наиболее близкого аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой модели являются:
- использование в технологическом процессе обработки воды коагуляции, флотации, гидродинамической кавитации, озонирования, фильтрации и УФ-облучения;
- генерация озоно-воздушной смеси в агрегате УФ-облучения между кварцевым чехлом и УФ-лампой;
- применение надзагрузочного объема фильтра в качестве контактной емкости для осуществления окисления примесей и обеззараживания.
Общими недостатками данных объектов являются следующие:
- низкая эффективность при очистке загрязненных поверхностно-активными веществами сточных вод;
- значительный унос очищаемой воды с отводимой из флотатора пеной;
- неудовлетворительные массо-габаритные показатели установок и комплексов;
- высокое энергопотребление;
- длительность процесса переработки, обусловленная многостадийностью;
- сложность конструкции;
- отсутствие стадии доочистки;
- очищенные воды не всегда удовлетворяют требованиям регламентирующей нормативной документации.
Причинами, препятствующими получению технического результата, обеспечиваемого изобретением при использовании устройства по прототипу являются:
- недостаточность окисления сложных химических загрязнителей сточных вод вследствие низкой концентрации обеззараживающего реагента и отсутствия комбинированного воздействия на обрабатываемую среду;
- низкая эффективность обеззараживания гидродинамического кавитатора при работе на сильнозагрязненных водах;
- значительный унос очищаемой воды с отводимой из флотатора пеной, вызывающий необходимость отстаивания в отдельной шламовой цистерне, что увеличивает длительность процесса обработки и повышает массо-габаритные показатели системы.
Задачей изобретения является повышение эффективности очистки сточных и природных вод, увеличение санитарной надежности и снижение массогабаритных характеристик.
Существенными признаками заявленного изобретения, отличительными от наиболее близкого аналога являются:
- замена гидродинамического кавитатора на смеситель на первой стадии обработки позволит отказаться от высоконапорного фекального насоса в пользу общепромышленного, что снизит энергопотребление и стоимость станции;
- применение мешочного фильтра для обезвоживания и накопления шлама значительно снизит унос очищаемой воды с отводимой из флотатора пеной, сократит длительность процесса обработки, уменьшит массо-габаритные показатели системы, упростит процесс утилизации шламов;
- использование дополнительного активного реагента - пероксида водорода позволит гарантированно окислить сложные химические загрязнители сточных вод;
- применение совместной обработки пероксидом водорода, гидродинамической кавитацией и озонированием позволяет достигнуть синергетического эффекта, позволяющего при значительном снижении дозы реагентов достигнуть высокого эффекта обеззараживания, что повышает санитарную надежность станции.
Технический результат изобретения состоится в разработке станции очистки сточных вод, обеспечивающей снижение энергопотребления, повышение эффективности обработки воды за счет синергетического эффекта, упрощение конструкции за счет исключения движущихся деталей, повышение надежности всей установки с одновременным сокращением функциональной единицы - озонаторного агрегата.
Общим техническим результатом для всех включенных в формулу признаков является повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации гидродинамических потоков и синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий, а также применения дополнительного окислителя - пероксида водорода.
Существенные признаки, характеризующие изобретение: станция очистки сточных вод, включающая три функциональных блока: предварительной очистки, коагуляции-флотации, доочистки и обеззараживания, отличающаяся тем, что первый блок содержит последовательно соединенные отстойник и фильтр для выделения из воды крупных фракций; блок коагуляции-флотации, состоящий из последовательно соединенных фекального насоса, смесителя, насоса-дозатора коагулянта и флотатора-коагулятора, содержащего корпус, состоящий из трех концентрически расположенных круглых в плане обечаек: внутренняя обечайка образует камеру коагуляции, внутренняя и средняя образуют камеру флотации, средняя и внешняя - емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды и коническую перегородку в верхней части корпуса между наружной и внутренней обечайками, которая образует камеру сбора и удаления пены; блок доочистки и обеззараживания составляют последовательно соединенные циркуляционный насос, насос-дозатор пероксида водорода, гидродинамический кавитатор, фильтр песчаный, озонообразующую лампа УФ-излучения; станция также содержит эжектор-кавитатор, фильтр мешочный и блок подготовки воздуха.
Число, назначение и работа функциональных единиц системы обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобная система может быть использована для комплексной очистки сильнозагрязненных сточных и природных вод в целях водоснабжения технической (оборотной) водой отдельных производств, предприятий, организаций, судов, бассейнов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную очистку сточных и природных вод с использованием процессов отстаивания, коагуляции, флотации, реагентного обеззараживания, кавитации, озонирования, фильтрации, УФ-излучения вследствие использования в работе системы синергетического эффекта, возникающего при одновременном использовании нескольких активных воздействий и окислителей (Активированные окислительные технологии (AOT's)). Данное явление позволяет для получения требуемого эффекта снижать интенсивность каждого из отдельных воздействий при одновременном применении. Применительно к конкретной системе AOT's заключается в одновременном использовании гидродинамической кавитации, пероксида водорода, озонирования и УФ-излучения.
В данном случае это позволит снизить дозу озона и интенсивность УФ-излучения, что снижает массогабаритные показатели элементов системы и их энергопотребление. Использование предлагаемых систем для водоснабжения (в том числе оборотного) улучшит экологическую обстановку, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата. Данное решение позволит сократить массо-габаритные показатели установок по очистке воды, упростить их конструкцию, повысить надежность и комплексно автоматизировать рабочий процесс.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет собой принципиальную схему станции очистки сточных вод. Схема выполнена в виде графических условных обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения жидкости, шлама, коагулянта и озоно-воздушной смеси.
Первый блок состоит из сетчатого фильтра предварительной очистки (поз. 1), цистерны исходной сточной воды (поз. 2), сетчатого фильтра вторичной очистки (поз. 3).
Блок коагуляции-флотации составляют: фекальный насос (поз. 4), смеситель (поз. 5), устройство невозвратное (поз. 6(1)), насос-дозатор (поз. 7(1)), расходная емкость коагулянта (поз. 8), флотатор-коагулятор, образованный из круглых в плане концентрических обечаек составляют: тангенциальный ввод (поз. 11), реакционная емкость (поз. 12), камеру сбора и удаления пены (поз. 13), коническую перегородку (поз. 14), отверстия для перелива воды (поз. 15), емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды (поз. 16), аэраторы (поз. 17), камеру флотации (поз. 18). Образующаяся во флотаторе пена отводится в фильтр мешочный (поз. 19), отделенная вода из корпуса которого периодически удаляется посредством электромагнитного клапана (поз. 10).
В блок доочистки и обеззараживания входят: насос циркуляционный (поз. 23), устройство невозвратное (поз. 6(2)), насос-дозатор (поз. 7(2)), расходная емкость пероксида водорода (поз. 9), кавитатор гидродинамический (поз. 22), фильтр песчаный (поз. 21), озонообразующая лампа УФ-излучения (поз. 20), устройства невозвратные (поз. 6(3), поз. 6(4)), блок подготовки воздуха (поз. 26), эжектор-кавитатор (поз. 25), поток воды в который отбирается через дроссельную шайбу (поз. 24).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Результат достигается тем, что поступающие в систему воды проходят комплексную обработку в соответствии с принципиальной схемой станции очистки сточных вод, представленной на фигуре 1, следующим образом.
Исходная загрязненная (природная) вода поступает на блок предварительной очистки через сетчатый фильтр (поз. 1), где происходит отделение крупнодисперсных загрязнений, в цистерну исходной воды (поз. 2), которая выполняет функцию отстойника.
Далее вода подается фекальным насосом (поз. 4) через сетчатый фильтр вторичной очистки (поз. 3) в смеситель (поз. 5), где происходит смешивание обрабатываемой воды с коагулянтом, подаваемым через невозвратное устройство (поз. 6(1)) насосом-дозатором (поз. 7(1)) из расходной емкости коагулянта (поз. 8). После этого вода поступает через тангенциальный ввод (поз. 11) в реакционную емкость (поз. 12), где происходят процессы коагуляции примесей. Объем коагулянта определяется таким образом, чтобы процесс коагуляции осуществлялся наиболее полно, но выделение шлама из обрабатываемой воды еще не происходило. Через переливы в нижней части реакционной емкости обрабатываемая вода перетекает в камеру флотации (поз. 18), где поднимается при осуществлении процессов флотации, после чего через отверстия (поз. 15), расположенные вдоль кромки конической перегородки (поз. 14), поступает во внешнюю обечайку, образующую емкость сбора, отстоя и накопления очищенной воды (поз. 16). Выделяющаяся в процессе флотации пена вытесняется вновь поступающей на обработку водой в камеру сбора и удаления пены (поз. 13), откуда отводится в мешочный фильтр (поз. 19), отделенная вода из корпуса которого периодически удаляется посредством фекального насоса (поз. 4) и электромагнитного клапана (поз. 10), установленного на его входе.
Очищенная вода забирается циркуляционным насосом (поз. 23) из внешней обечайки  флотатора, смешивается с пероксидом водорода, подаваемым через невозвратное устройство (поз. 6(2)) насосом-дозатором (поз. 7(2)) из расходной емкости (поз. 9) и направляется через гидродинамический кавитатор (поз. 22), где происходит высокоэффективное насыщение обрабатываемой воды озоно-воздушной смесью, генерируемой в лампе УФ-излучения (поз. 20) между кварцевым чехлом и УФ-лампой из подготовленного в блоке осушения (поз. 26) атмосферного воздуха. На данном этапе происходят окончательные процессы окисления примесей озоном. Для предотвращения заброса обрабатываемой воды в УФ-лампу при остановке станции, на выходе из нее установлено невозвратное устройство (поз. 6(3)).
Далее вода поступает в песчаный фильтр (поз. 21), где производится отделение оставшихся примесей посредством фильтрации.
Для осуществления процесса флотации (1/2…1/4) часть обработанной воды после насоса (поз. 23) отбирается через дроссельную шайбу (поз. 24) для работы эжектора-кавитатора (поз. 25), подсасывающего атмосферный воздух через невозвратное устройство (поз. 6(4)). Насыщенная воздухом вода поступает через перфорированные трубопроводы подачи водо-газовой смеси (поз. 17) в камеру флотации (поз. 18) флотатора-коагулятора.
Последним этапом является обработка воды в лампе УФ-излучения (поз. 20), обеспечивающая наиболее полную доочистку и обеззараживание.
Очищенная вода сливается в водоем, канализацию или направляется потребителям для технических нужд или последующей очистки.
Таким образом, число, назначение и работа функциональных единиц обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить полную комплексную очистку сильнозагрязненных сточных и природных вод с использованием процессов отстаивания, коагуляции, флотации, реагентного обеззараживания, кавитации, озонирования, фильтрации, УФ-излучения в целях их использования для водоснабжения (в том числе оборотного), а также улучшит экологическую обстановку, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата и применения в качестве дополнительного окислителя пероксида водорода. Данное решение улучшает массо-габаритные показатели установок по очистке воды, упрощает их конструкцию, повышает техническую, технологическую и санитарную надежность, позволяет комплексно автоматизировать рабочий процесс.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент Российской Федерации RU 2404133. Установка для очистки сточных вод.
2. Патент Российской Федерации RU 2344999. Установка для очистки сточных вод.
3. Патент Российской Федерации RU 2359919. Установка и способ очистки сточных вод.
4. Патент Российской Федерации RU 98123544. Установка для озонирования воды.
5. Патент Российской Федерации RU 2092448. Способ очистки и обеззараживания водных средств.
6. Патент Российской Федерации RU 2530106. Устройство для очистки сточных вод.
7. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 152746. Система очистки воды.
8. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 93390. Установка очистки воды.
9. Бродач М.М., Шилкин Н.В. Установка очистки сточных вод Living Machine // Сантехника. - 2002. - №6.
10. Этин В.Л., Плотникова В.Н., Наумов B.C. Экологическая безопасность судов и промышленных предприятий водного транспорта: Курс лекций для студентов специальностей 14.01, 14.02, 24.02, 33.02. / В.Л. Этин, В.Н. Плотникова, В.С. Наумов. Н. Новгород: ВГАВТ, 1997. - 208 с.: ил.