УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ

Область техники
Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно, к устройствам для очистки от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, ионов тяжелых металлов и ионов аммония.
Уровень техники
Известна установка для очистки технической воды от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, включающая два фильтра, связанные между собой последовательно системой технологических трубопроводов, в которой загрузка первого по ходу движения воды фильтра выполнена из минеральных или синтетических волокон, а загрузка второго по ходу движения воды фильтра выполнена из модифицированного азотсодержащего активированного угля, причём фильтры могут быть расположены в подземном пространстве в отдельных бетонных колодцах (Патент на полезную модель № 38751 опубликован 10.07.2004г, C02F1/00).
Недостатком данного технического решения является невозможность обеспечения дополнительной очистки вод от других неорганических загрязнителей, таких как ионы тяжёлых металлов и аммония.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является разработка конструкции установки, обеспечивающей наилучшую комплексную очистку воды от различных по природе загрязнителей для технических и технологических целей в водообороте, а также её сброса в водохозяйственные и рыбохозяйственные водоёмы или городскую канализацию.
Технический результат заключается в расширении спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
В предшествующем уровне техники не выявлены решения, близкие по совокупности существенных признаков заявленному решению полезной модели, направленные на достижение вышеуказанного технического результата.
Заявленный технический результат достигается тем, что используют установку, состоящую из двух фильтров, расположенных в подземном пространстве в отдельных колодцах, последовательно соединенных технологическими трубопроводами, отличающуюся тем, что загрузка первого по ходу движения воды фильтра выполнена из активированного угля, а загрузка второго по ходу движения воды фильтра выполнена из цеолита.
В одном из вариантов осуществления полезной модели по меньшей мере один из фильтров содержит в своем составе волокнистый фильтрующий материал.
В еще одном из вариантов осуществления полезной модели первый по ходу движения воды фильтр содержит в своем составе, кроме активированного угля, другой ионообменный материал и / или химически модифицированный активированный уголь.
В еще одном из вариантов осуществления полезной модели второй по ходу движения воды фильтр содержит в своем составе, кроме цеолита, другой ионообменный материал и / или химически модифицированный цеолит.
В еще одном из вариантов осуществления полезной модели волокнистый фильтрующий материал химически модифицирован.
В еще одном из вариантов осуществления полезной модели по меньшей мере один из фильтров сорбционной очистки выполнен в форме патрона с водонепроницаемым верхним и нижним концами и непроницаемой боковой стенкой.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели далее рассматриваются чертежи вместе с сопровождающим их описанием.
Фиг. 1. Общий вид в разрезе установки с фильтрами, помещенными в подземные бетонные колодцы. (Вариант размещения 1).
Фиг.2. Общий вид в разрезе установки с фильтрами, помещенными в подземные бетонные колодцы. (Вариант размещения 2).
Прилагаемые чертежи иллюстрирует только два наиболее предпочтительных варианта выполнения полезной модели, поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, которые не включают другие варианты исполнения.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 показан один из вариантов размещения установки для очистки сточной воды, состоящей из последовательно расположенных по ходу движения воды фильтра сорбционного 1 с активированным углем и фильтра сорбционного 2 с цеолитом, расположенных в подземных бетонных колодцах 3 и 4 соответственно.
Для накопления воды и равномерной ее подачи на фильтры установки перед ними смонтирована накопительная емкость 5 в виде колодца, а для контроля качества очищенной фильтрами воды предусмотрен контрольный колодец 6, в котором производится отбор проб воды на анализ.
Движение воды, которая стекает по канализационной сети 7 в накопительную ёмкость (колодец) 5, происходит за счёт разницы гидростатических высот в колодце (емкости) 5 и выпускном трубопроводе 10, по которому очищенная вода сливается из колодца 4 в контрольный колодец 6.
Поступая из емкости (колодца) 5 по трубопроводу 8 в нижнюю часть фильтра 1 в колодце 3 и, проходя через фильтр 1 снизу вверх, вода из колодца 3 по трубопроводу 9 поступает в колодец 4 в верхнюю часть фильтра 2 и, проходя по нему сверху вниз, сливается по трубопроводу 10 в
контрольный колодец 6, после чего по трубопроводу 11 поступает на сброс в канализационную сеть или водоем.
На фиг.2 показан второй вариант размещения установки для очистки сточной воды, состоящей из последовательно расположенных по ходу движения воды фильтра сорбционного 1 с активированным углем и фильтра сорбционного 2 с цеолитом, расположенных в подземных бетонных колодцах 3 и 4 соответственно. Сточная вода по сети 7 поступает непосредственно в колодец 3 на фильтр 1 (сверху). Движение воды через фильтры установки происходит за счёт разницы гидростатических высот в колодце 3 и колодце 4.
Поступая из сети 7 в колодец 3 сверху фильтра 1, вода проходит через него сверху вниз, после чего по трубопроводу 9 поступает в нижнюю часть колодца 4 и фильтра 2, проходит через фильтр 2 снизу вверх и из нижней части колодца 4 сливается по трубопроводу 10 в контрольный колодец 6, а из него по трубопроводу 11 поступает на сброс в канализационную сеть или водоем.
Технический результат заключается в расширении спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Обеспечение заявляемой полезной моделью технического результата происходит вследствие того, что зернистая загрузка первого по ходу движения воды фильтра выполнена из активированного угля, поглощающего нефтепродукты, поверхностно активные вещества, а также другие органические вещества и задерживающего взвешенные вещества, а загрузка второго по ходу движения воды фильтра выполнена из цеолита, поглощающего ионы тяжёлых металлов и аммония и также задерживающего взвешенные вещества.
В таблице 1 представлено сравнение эффективности очистки модельной технической воды, содержащей взвешенные вещества,
нефтепродукты, анионный СПАВ, а также дополнительно ионы тяжёлых металлов (марганец, медь, цинк и кадмий) и ион аммония.
Исходную концентрацию взвешенных частиц (мелкий кварцевый песок) получали по методике ГОСТ Ρ 51871-2002.
Исходную концентрацию анионного СПАВ (лаурилсульфат) получали растворением его в воде.
Исходную концентрацию нефтепродуктов (турбинное масло ТН-22с) получали диспергированием его в заданном количестве в аппарате с мешалкой.
Исходную концентрацию ионов в растворе получали растворением их солей в виде сульфатов и хлоридов в соответствующем количестве в дистиллированной воде.
Испытания проводили на установке из двух фильтрующих патронов диаметром 100 мм и высотой 1800 мм каждый, соединённых последовательно.
Определение концентраций ионов тяжёлых металлов в пробах воды до и после установки для очистки в процессе испытаний проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии по ГОСТ Ρ 51309-99, а иона аммония фотоколориметрическим методом с реактивом Несслера по ГОСТ 4974-72.
Определённые концентрации взвешенных веществ проводили по методике РД 52.24.468-95. Определение концентрации нефтепродуктов проводили по ФР 1.31.2007.03234, а анионных СПАВ - по ПНДФ 14.1:2.258-10.
Из таблицы 1 видно, что при близкой эффективности очистки модельной технической воды по содержанию взвешенных веществ, нефтепродуктов и анионного СПАВ заявляемая полезная модель дополнительно очищает воду с высокой эффективностью от ионов тяжёлых металлов (марганец, медь, цинк и кадмий) и иона аммония.
Таким образом, очевидно, что использование заявляемой полезной модели позволяет очищать воду не только от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, но и от ионов тяжёлых металлов и иона аммония, и тем самым расширяет спектр применения известного технического решения на область очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония.
Наличие в составе по меньшей мере одного фильтра волокнистого фильтрующего материала приводит к достижению цели полезной модели, поскольку этот материал способствует задержанию взвешенных веществ из исходной сточной воды, что уменьшает нагрузку по удалению взвешенных веществ на шихту фильтра (активированный уголь или цеолит). Меньшее количество взвешенных веществ, поглощённое шихтой фильтра, улучшает её работу по удалению из воды растворённых веществ (в том числе ионов тяжёлых металлов и аммония). Тем самым наличие в составе по меньшей мере одного фильтра волокнистого фильтрующего материала, способствует увеличению эффективности работы полезной модели по ионам тяжёлых металлов и аммонию, тем самым способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Наличие химически модифицированного угля в составе первого, по ходу движения воды, фильтра также способствует достижению технического результата, поскольку химическая модификация угля ведет к изменению заряда поверхности, а следовательно увеличению количества активных центров, которые представляют собой ионообменные группы. Увеличение количества ионообменных групп ведет к увеличению эффективности работы активированного угля по ионам тяжелых металлов, тем самым способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при
одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Наличие в составе первого, по ходу движения воды, фильтра кроме активированного угля, другого ионообменного материала, также способствует достижению технического результата, поскольку ионообменный материал, в отличии от активированного угля обладает хорошими ионообменными свойствами по ионам тяжелых металлов иону аммония, и эти свойства способствуют поглощению ионов тяжелых металлов и иона аммония на первом, по ходу движения воды, фильтре, тем самым способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Наличие в составе второго, по ходу движения воды, фильтра кроме цеолита, другого ионообменного материала, также способствует достижению технического результата, поскольку другой ионообменный материал обладает другими селективными свойствами по ионам тяжелых металлов. Следовательно эффективность очистки по некоторым ионам тяжелых металлов будет выше на другом ионообменном материале, нежели, чем на цеолите. Следовательно другой ионообменный материал, включенный в состав второго, по ходу движения воды, фильтра будет расширять спектр тех тяжелых металлов, по которым фильтр будет работать эффективно, тем самым способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Наличие химически модифицированного цеолита в составе второго, по ходу движения воды, фильтра также способствует достижению технического результата, поскольку химическая модификация цеолита ведет к изменению селективных свойств цеолита по ионам тяжелых металлов. Следовательно
эффективность очистки по некоторым ионам тяжелых металлов будет выше на химически модифицированном цеолите, нежели, чем на не модифицированном цеолите. Следовательно химически модифицированный цеолит, включенный в состав второго, по ходу движения воды, фильтра будет расширять спектр тех тяжелых металлов, по которым фильтр будет работать эффективно, тем самым способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Наличие химически модифицированного фильтрующего материала в фильтрах также способствует достижению технического результата, поскольку химическая модификация фильтрующего материала ведет к изменению заряда поверхности этого фильтрующего материала, а следовательно увеличению количества активных центров, которые представляют собой ионообменные группы. Увеличение количества ионообменных групп ведет к увеличению эффективности работы фильтрующего материала по ионам тяжелых металлов, тем самым способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.
Выполнение фильтров в заявляемой полезной модели в форме патрона также способствует достижению технического результата, то есть расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки от ионов тяжёлых металлов и аммония, поскольку их конструкция (патронов) предполагает наличие открытого на все сечения фильтра верхнего и нижнего конца. В этом случае вода входит в патрон, движется внутри него и выходит из патрона равномерно по его сечению, не создавая застойных зон или зон с меньшей линейной скоростью, чем скорость движения воды в основном потоке фильтра. В фильтрах без
открытых по сечению входа и выхода, то есть в фильтрах с точечной подачей (например, трубопровод, введенный в герметичный корпус фильтра) застойные зоны значительно больше, чем в патронах с открытым верхним и нижним концами, так как вода, проходя через слой среды (зернистая, волокнистая) с неким сопротивлением потоку, движется по траектории наименьшего сопротивления. В этом случае линейная скорость потока будет максимальна у места ввода (вывода) воды в (из) фильтр, а минимальна (или даже близка к нулю) в отдаленных точках от места ввода (например, в карманах у стенок). В случае открытого верхнего и нижнего концов фильтра (как это имеет место в патроне), подвод воды осуществляется равномерно во всех точках его сечения. Выход воды аналогичным образом осуществляется через открытый конец, что обеспечивает отсутствие застойных зон, то есть увеличение объема фильтра, реально участвующего в процессе поглощения загрязнений, а значит и способствуя расширению спектра применения полезной модели на область дополнительной очистки вод от ионов тяжёлых металлов и аммония при одновременной очистке их от взвешенных веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ.