ВЕРТИКАЛЬНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

Полезная модель относится к вертикальным автоматизированным установкам для комплексной обработки осадков сточных вод, применяемым при обработке осадков хозяйственно-бытовых стоков от малых населенных пунктов, отдельных или групп коттеджей, а также стоков животноводческих комплексов для получения комплексно обработанного - обезвоженного, сброженного и обеззараженного - осадка с возможностью его утилизации в качестве удобрения.
7
Известна установка комплексной очистки сточных вод и обработки их иловых осадков, образованная группами патрубков загрузки сточной смеси с иловым осадком, оснащенных запорными устройствами и соединенных с вертикальными фильтрующими элементами. Фильтрующие элементы закреплены в верхней части установки на фланцах и связаны с патрубками подвода горячего сжатого воздуха, подключенными к электрическим нагревателям с регулирующей арматурой. Фильтрующие элементы выполнены в виде рукавов из фильтрующей ткани, имеющих коническую или цилиндро-коническую форму. Нижние части фильтрующих элементов снабжены патрубками с затворами для выгрузки сухих обработанных иловых осадков. При этом патрубки подвода горячего сжатого воздуха удлинены внутри фильтрующих элементов под слой илового осадка до верхних частей затворов для выгрузки сухих обработанных иловых осадков. Установка также оснащена приемными накопительными емкостями, связанными с фильтрующими элементами, лотками сбора фильтрата и термометром. Обрабатываемый иловый осадок распределяется через патрубки загрузки сточной смеси с иловым осадком по фильтрующим элементам обслуживающим персоналом. В фильтрующих элементах иловый осадок подвергается термической обработке при температуре 70-85°С в течение 5-10 суток. Обработанный иловый осадок выгружается из фильтрующих элементов через затворы вручную (патент RU 2239608, МПК C02F 11/12, C02F 11/18).
Основными недостатками установки комплексной очистки сточных вод и обработки их иловых осадков являются отсутствие обеспечения автоматизации управления ею, позволяющей осуществлять взаимосвязь расходов горячего сжатого воздуха и обрабатываемого материала; отсутствие стабилизации температурного режима; повышенная трудоемкость изготовления вследствие значительных габаритов, что обусловлено использованием нескольких групп фильтрующих элементов, нескольких приемных накопительных емкостей и лотков сбора фильтрата.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является малая автоматизированная установка для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков, содержащая установленный горизонтально корпус с крышками по торцам, связанный с блоком приготовления реагентов, оснащенным датчиком-сигнализатором уровня реагентов, через патрубок загрузки осадков сточных вод, снабженный электрической задвижкой и соединенный с выходным патрубком блока приготовления реагентов, оснащенным электрической задвижкой. В корпусе соосно ему установлен горизонтальный цилиндрический фильтрующий элемент, соединенный с патрубком загрузки осадков сточных вод, и перемешивающее устройство, выполненное в виде шнека, установленного внутри горизонтального цилиндрического фильтрующего элемента со смещением вниз относительно его оси и соединенного с электродвигателем и редуктором через муфты сцепления. В полости вала шнека закреплен рабочий нагревательный элемент. Введенный в установку блок управления связан с электродвигателем и рабочим нагревательным элементом. Снаружи фильтрующего элемента соосно и концентрично ему расположена оросительная промывная система, являющаяся системой регенерации фильтрующего элемента, также заключенная в корпус, дополнительно снабженный патрубком отвода газов. Боковая поверхность фильтрующего элемента выполнена из стержневого каркаса и слоев металлической сетки, между которыми размещен слой полимерного гидрофобного материала, и соединена по торцам с трубными элементами. На вход оросительной промывной системы через насос подключен через свой выходной патрубок с электрической задвижкой лоток сбора фильтрата. Патрубок выгрузки обработанных осадков сточных вод, снабженный электрической задвижкой, последовательно соединен с фильтрующим элементом и корпусом. Патрубок выгрузки фильтрата, снабженный механической задвижкой, связан с корпусом и лотком сбора фильтрата. В полости фильтрующего элемента установлен датчик уровня осадков сточных вод, и внутри боковой поверхности фильтрующего элемента встроен датчик температуры осадков сточных вод, причем названные датчики электрически связаны с блоком управления. В свою очередь блок управления связан с электрическими задвижками на патрубке загрузки осадков сточных вод, на выходном патрубке блока приготовления реагентов, на патрубке выгрузки обработанных осадков сточных вод и на выходном патрубке лотка сбора фильтрата. Датчик-сигнализатор уровня реагентов также электрически связан с блоком управления (патент RU 2330817, МПК C02F 11/12, B01D 29/11).
Основными недостатками данной установки являются низкая степень обезвоживания осадков, так как давление среды внутри нее является атмосферным, что не способствует эффективному отделению фильтрата от твердой фазы осадков сточных вод; низкая эффективность комплексной обработки осадков из-за невозможности разделения стадий сбраживания и обезвоживания в одном аппарате; повышенная трудоемкость изготовления ввиду ее больших габаритов, обусловленных горизонтальным исполнением корпуса со встроенными внутрь него элементами, сложности конструкции системы регенерации фильтрующего элемента, обеспечения необходимости установки рабочего нагревательного элемента внутри полости вала шнека; отсутствие стабилизации температурного режима, ввиду отсутствия конструктивной возможности установки резервного нагревательного элемента.
Задачей полезной модели является повышение степени обезвоживания и эффективности комплексной обработки осадков сточных вод, снижение трудоемкости изготовления и обеспечение стабильного температурного режима обработки осадков сточных вод.
Поставленная задача достигается тем, что в вертикальной автоматизированной установке комплексной обработки осадков сточных вод, содержащей корпус с крышкой, связанный с патрубком отвода газов, блоком приготовления реагентов, оснащенным датчиком-сигнализатором уровня реагентов, через патрубок загрузки осадков сточных вод, снабженный электрической задвижкой и соединенный с выходным патрубком блока приготовления реагентов, оснащенным электрической задвижкой, установленные в корпусе рабочий нагревательный элемент, фильтрующий элемент, выполненный из слоев металлической сетки, между которыми заключен слой полимерного гидрофобного материала, и перемешивающее устройство, связанное с электродвигателем и редуктором через муфты сцепления, блок управления, патрубок выгрузки обработанных осадков сточных вод, снабженный электрической задвижкой и соединенный с корпусом, патрубок выгрузки фильтрата, снабженный задвижкой, при этом в корпус встроены датчики уровня и температуры осадков сточных вод, электрически связанные с блоком управления, в свою очередь связанным с электродвигателем, рабочим нагревательным элементом, электрическими задвижками на патрубке загрузки осадков сточных вод, на выходном патрубке блока приготовления реагентов, на патрубке выгрузки обработанных осадков сточных вод, а датчик-сигнализатор уровня реагентов также электрически связан с блоком управления, согласно полезной модели перемешивающее устройство выполнено в виде лопастной мешалки, корпус, имеющий теплоизоляцию, установлен вертикально и снабжен введенными в установку резервным нагревательным элементом и конусообразной накопительной емкостью, расположенной ниже фильтрующего элемента, выполненного плоским, датчиком давления газов, размещенным выше уровня осадков сточных вод, заслонкой с электродвигателем, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения относительно фильтрующего элемента, расположенной выше последнего. Накопительная емкость соединена через трубопровод с введенным в установку вакуум-компрессором и оснащена последовательно установленными датчиками давления и уровня фильтрата. Задвижка, связанная с патрубком выгрузки фильтрата, соединенным с накопительной емкостью, выполнена электрической. Патрубок загрузки осадков сточных вод, электродвигатель и редуктор установлены на крышке корпуса. Датчики давления и уровня фильтрата, датчик давления газов электрически связаны с блоком управления, дополнительно подключенным к резервному нагревательному элементу, электродвигателю заслонки, вакуум-компрессору и электрическим задвижкам, связанным с патрубком отвода газов, патрубком выгрузки фильтрата и трубопроводом, соединенным с вакуум-компрессором и накопительной емкостью.
Повышение степени обезвоживания осадков сточных вод обусловлено введением в установку вакуум-компрессора, создающего и поддерживающего оптимальное вакуум давление для улучшения отделения фильтрата от твердой фазы осадков сточных вод.
Повышение эффективности комплексной обработки осадков сточных вод обусловлено введением в установку заслонки, связанной с электродвигателем, подключенным к блоку управления, способствующей разделению фаз сбраживания и обезвоживания осадков сточных вод во времени.
Снижение трудоемкости изготовления установки обусловлено, во-первых, уменьшением ее габаритов вследствие вертикального исполнения корпуса, соединенного с конусообразной накопительной емкостью, со встроенными внутрь него элементами, во-вторых, упрощением регенерации фильтрующего элемента и, следовательно, сокращением промывной воды, что осуществляется обратным током воздуха, подаваемого вакуум-компрессором под фильтрующий элемент.
Обеспечение стабильного температурного режима обработки осадков сточных вод обусловлено введением резервного нагревательного элемента.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где схематично изображен общий вид вертикальной автоматизированной установки комплексной обработки осадков сточных вод, а также таблицей, на которой представлены виды взаимодействия отдельных элементов малой автоматизированной установки комплексной обработки осадков сточных вод.
Кроме того, на чертеже дополнительно обозначено следующее:
- сплошными линиями со стрелками показаны направления выгрузки обработанных осадков сточных вод и фильтрата;
- сплошной линией со стрелками, направленными в противоположные стороны, показаны направления перемещения заслонки, связанной с электродвигателем;
- пунктирными линиями со стрелками показаны каналы передачи информационных и управляющих сигналов.
Вертикальная автоматизированная установка комплексной обработки осадков сточных вод содержит вертикально установленный корпус 1, снабженный теплоизоляцией. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 2, выполненный плоским из двух слоев металлической сетки, между которыми заключен слой полимерного гидрофобного материала. Внутри корпуса 1 также установлено перемешивающее устройство, выполненное в виде лопастной мешалки 3, рабочий нагревательный элемент 4 и резервный нагревательный элемент 5, выполненные в виде электрических тэнов и предназначенные для нагрева осадков сточных вод до оптимальной температуры 30-35°С. Лопастная мешалка 3 соединена с электродвигателем 6 и червячным редуктором 7 через муфты 8 сцепления, которые установлены на крышке 9 корпуса 1. Патрубок 10 загрузки осадков сточных вод также размещен на крышке 9. Крышка 9 снабжена патрубком 11 отвода газов, образующихся внутри корпуса 1.
В патрубок 10 загрузки осадков сточных вод, связанный с корпусом 1, встроен выходной патрубок 12, соединенный с блоком 13 приготовления реагентов. Таким образом, подача осадков сточных вод осуществляется через патрубок 10 внутрь корпуса 1, связанного через этот патрубок с блоком 13 приготовления реагентов, а раствор реагентов - в блок 13 приготовления реагентов. В качестве реагентов для интенсификации процесса обезвоживания осадков применяются флокулянт катионного типа, например «Zetag», а для обеззараживания сточных вод и их осадков - овицидный препарат «Пуралат-Бингсти».
Ниже фильтрующего элемента 2 расположена конусообразная накопительная емкость 14, соединенная с вакуум-компрессором 15, а выше фильтрующего элемента 2 установлен патрубок 16 выгрузки обработанных осадков сточных вод, соединенный с корпусом 1. Вакуум-компрессор 15, соединенный с конусообразной накопительной емкостью 14 посредством трубопровода 17, предназначен для создания пониженного давления, что упрощает отделение фильтрата от твердой фазы осадков сточных вод и улучшает степень обезвоживания.
Внутри полости корпуса 1 над фильтрующим элементом 2 расположена заслонка 18, связанная с электродвигателем 19, имеющая возможность возвратно-поступательного перемещения относительно фильтрующего элемента 2. Заслонкой 18 разделяются корпус 1 и фильтрующий элемент 2 с конусообразной накопительной емкостью 14, что позволяет поделить во времени стадии сбраживания и обезвоживания осадков, что повышает эффективность их комплексной обработки.
Патрубок 20 выгрузки фильтрата расположен в нижней части накопительной емкости 14 и соединен с ней.
В полости корпуса 1 установлен датчик 21 уровня осадков сточных вод, электрически связанный с блоком управления 22, в свою очередь связанным с электрической задвижкой 23, установленной на патрубке 10 загрузки осадков сточных вод, с электрической задвижкой 24, установленной на выходном патрубке 12 блока 13 приготовления реагентов, электродвигателем 6, рабочим нагревательным элементом 4, резервным нагревательным элементом 5 и вакуум-компрессором 15. Кроме того, блок управления 22 подключен к электродвигателю 19, связанному с заслонкой 18.
Блок управления 22 представляет собой ЭВМ с аналого-цифровыми преобразователями и программным обеспечением для управления комплексной обработкой осадков сточных вод.
Вакуум-компрессор 15 соединен с конусообразной накопительной емкостью 14 посредством трубопровода 17. Вакуум-компрессор снабжен выходным патрубком 25.
Внутри полости корпуса 1 установлен датчик 26 температуры осадков сточных вод, связанный электрически через блок управления 22 с рабочим нагревательным элементом 4 и резервным нагревательным элементом 5.
Внутри полости корпуса 1 выше уровня осадков сточных вод установлен датчик 27 давления газов над осадками сточных вод, электрически связанный через блок управления 22 с электрической задвижкой 28, установленной на патрубке 11 отвода газов.
Внутри накопительной емкости 14 последовательно вниз расположены датчик 29 давления фильтрата, электрически связанный через блок управления 22 с электрической задвижкой 30 на трубопроводе 17, и датчик 31 уровня фильтрата, электрически связанный через блок управления 18 с электрической задвижкой 32, установленной на патрубке 20 выгрузки фильтрата.
Патрубок 16 выгрузки обработанных осадков сточных вод снабжен электрической задвижкой 33, с которой связан блок управления 22.
В блоке 13 приготовления реагентов установлен датчик-сигнализатор 34 уровня реагентов, электрически связанный с блоком управления 22.
Таким образом, датчик 21 уровня осадков сточных вод, датчик 26 температуры осадков сточных вод, датчик 27 давления газов, датчик 29 давления фильтрата, датчик 31 уровня фильтрата, датчик-сигнализатор 34 уровня реагентов электрически связаны с блоком управления 22, в свою очередь связанным с электродвигателем 6, рабочим нагревательным элементом 4 и резервным нагревательным элементом 5, электродвигателем 19 на заслонке 18, электрической задвижкой 28 на патрубке 11 отвода газов, электрической задвижкой 30 на трубопроводе 17, электрической задвижкой 23 на патрубке 10 загрузки осадков сточных вод, электрической задвижкой 24 на выходном патрубке 12 блока 13 приготовления реагентов, электрической задвижкой 33, размещенной на патрубке 16 выгрузки обработанных осадков сточных вод и электрической задвижкой 32, установленной на выходном патрубке 20 выгрузки фильтрата.
Вертикальная автоматизированная установка комплексной обработки осадков сточных вод работает следующим образом.
Работа установки начинается при подаче управляющего сигнала с блока управления 22. Управляющий сигнал с блока управления 22 подается на электродвигатель 19 заслонки 18 и электрическую задвижку 23. Заслонка 18 закрывается, электрические задвижка 23 открывается, при этом начинается через патрубок 10 загрузка осадков сточных вод в корпус 1.
Датчиком 21 снимаются показания уровня осадков сточных вод, полученные информационные сигналы с которых передаются на блок управления 22. Управляющий сигнал с блока управления 22 подается на электрическую задвижку 24, которая открывает подачу реагентов через выходной патрубок 12, соединенный с блоком 13 приготовления реагентов, а затем по показаниям датчика 21 уровня осадков сточных вод через блок управления 22 закрываются электрические задвижки 23 и 24, что позволяет автоматизировать загрузку осадков в корпус 1. При минимальном уровне реагентов в блоке 13 приготовления реагентов срабатывает датчик-сигнализатор 34 уровня реагентов.
После загрузки осадков сточных вод в корпус 1 сигнал с блока управления 22 подается на электродвигатель 6, рабочий нагревательный элемент 4 и резервный нагревательный элемент 5, электродвигатель 19.
Включение электродвигателя 19 позволяет открывать или закрывать заслонку 18, что позволяет разделить во времени стадии сбраживания и обезвоживания осадков сточных вод. После загрузки осадков сточных вод в корпус 1 сигнал с блока управления 22 подается на электродвигатель 19, и заслонка 18 закрывается.
Включение электродвигателя 6 запускает в работу лопастную мешалку 3, что позволяет автоматизировать процесс перемешивания.
Подогрев осадков сточных вод до оптимальной температуры 30-35°С осуществляется рабочим нагревательным элементом 4. Включение рабочего нагревательного элемента 4 производится через блок управления 22 в зависимости от уровня осадков, измеряемого датчиком 21 уровня осадков сточных вод, что позволяет автоматизировать включение рабочего нагревательного элемента 4 в работу. Измерение температуры осадков сточных вод внутри корпуса 1 производится датчиком 26 температуры осадков сточных вод, полученный информационный сигнал через блок управления 22 передается на рабочий нагревательный элемент 4, что позволяет оптимизировать степень нагрева осадков сточной смеси. В случае поломки рабочего нагревательного элемента 4 или недостаточного нагрева, по показаниям датчика 26 температуры осадков сточных вод через блок управления 22 включается резервный нагревательный элемент 5.
Внутри корпуса 1 установки происходит сбраживание осадков и обеззараживание осадков сточных вод.
В процессе сбраживания осадков давление образующихся газов измеряется датчиком 27 давления газов, полученный информационный сигнал передается на блок управления 22. Управляющий сигнал с блока управления 22 подается на электрическую задвижку 28 патрубка 11 отвода газов, что позволяет автоматизировать отвод газов, образующихся при сбраживании осадков сточных вод.
После осуществления процесса сбраживания управляющий сигнал с блока управления 22 подается на электродвигатель 19 заслонки 18, вакуум-компрессор 15 и электрическую задвижку 30.
Заслонка 18 открывается и начинается процесс обезвоживания осадков сточных вод.
Включение вакуум-компрессора 15 через блок управления 22 позволяет автоматизировать понижение давления в установке.
Отделяющийся фильтрат накапливается в накопительной емкости 14. Накопленный фильтрат сбрасывается через патрубок 20 выгрузки фильтрата, на котором уставлена электрическая задвижка 32, открытие и закрытие которой производится управляющим сигналом с блока управления 22 по показаниям датчика 31 уровня фильтрата в накопительной емкости 14.
Обезвоженные, сброженные и обеззараженные осадки сточных вод выгружаются через патрубок 16 выгрузки обработанных осадков сточных вод, на котором установлена электрическая задвижка 33, открытие и закрытие которой производятся управляющим сигналом с блока управления 22, что позволяет автоматизировать выгрузку обработанных осадков сточных вод в зависимости от времени обработки.
По показаниям датчика 29 давления фильтрата, установленного в накопительной емкости 14, через блок управления 22 подается управляющий сигнал на вакуум-компрессор 15 и электрическую задвижку 30 на трубопроводе 17, что позволяет автоматизировать процесс поддержания оптимального давления в установке.
Регенерация фильтрующего элемента 2 осуществляется с помощью обратного тока воздуха, который подается вакуум-компрессором 15 после подачи управляющего сигнала с блока управления 22 при открытой заслонке 18.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения при малых габаритах установки и полной автоматизации управления обеспечивает получение комплексно обработанных осадков сточных вод при повышении степени обезвоживания, повышении эффективности комплексной обработки, снижении трудоемкости изготовления, стабилизации температурного режима. Осадки, обработанные согласно предлагаемому изобретению, могут быть использованы на фермерских хозяйствах в качестве удобрения, в лесопарковых и городских хозяйствах для формирования ландшафта и рекультивации нарушенных земель.
Автоматизация управления установкой обусловлена осуществлением взаимосвязи между расходами осадков сточных вод и реагентов, уровнем осадков в полости фильтрующего элемента, оптимальным нагревом и температурой осадков сточных вод с минимальным расходом электроэнергии, открытием-закрытием заслонки, разделяющей во времени стадии сбраживания и обезвоживания, поддержанием необходимого давления с помощью вакуум-компрессора, для повышения эффективности обезвоживания и регенерации фильтрующего элемента, что регулируется блоком управления.