Модульное устройство для очистки сточных вод

Полезная модель относится к области очистки бытовых сточных вод, в частности к энергонезависимому очистному устройству, предназначенному для физической очистки бытовых сточных вод от взвешенных веществ.
Из уровня техники известен патент РФ №2200135 на изобретение «Реактор доочистки природных и сточных вод» приоритет от 16.04.2001 г., МПК C02F 3/00, C02F 3/02, опубликовано 10.03.2003 г.
Реактор содержит открытый резервуар коридорного типа, разделенный поперечными перегородками на камеры, трубу для впуска исходной воды и трубу для выпуска обработанной воды, фильтрующие блоки, аэраторы, размещенные в каждой камере под фильтрующими блоками и у противоположных стенок резервуара в отсеках аэрации. Фильтрующие блоки, расположенные на границе отсека фильтрации и отсека аэрации, выполнены с боковой гранью, обращенной к отсеку аэрации из жестких ершей щетины или лески с шагом, на 10% меньшим диаметра ершей, все фильтрующие блоки снабжены центральной трубой на всю высоту блока и двумя крюками на верхней грани блока, по противоположным перегородкам вдоль коридора реактора закреплены рельсовые пути для перемещения балок с тросами и крюками, удерживающими ряд фильтрующих блоков.
Основным недостатком является низкая эффективность очистки вследствие кольматации ершовой загрузки и представление технического решения в виде открытого резервуара коридорного типа, с высоким выбросом вредных веществ в окружающую среду.
Известен также патент РФ №155237 на полезную модель «Устройство для очистки бытовых сточных вод» по заявке № 2015103040 с приоритетом от 30.01.2015 г., МПК C02F 3/00, опубликовано 27.09.2015 г.
Данное устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками и две горловины, при этом внутренняя полость корпуса разделена перегородками с переливными отверстиями на три камеры, причем в горловине установлен воздушный компрессор, соединенный с аэратором во второй камере корпуса и поддерживающий работу установленного в третьей камере эрлифта, гидравлически соединенного с первой камерой. В частности, корпус оснащен двумя горловинами, выполнен из полимера с вертикальными по его длинным сторонам и горизонтальными по торцам ребрами жесткости.
Известен также патент РФ №2155162 на изобретение «Аэротенк-вытеснитель», приоритет 29.12.1998, МПК C02F 3/02, опубликовано 27.08.2000.
Аэротенк-вытеснитель содержит корпус, разделенный перегородками на сообщающиеся последовательно коридоры, площади вертикальных поперечных сечений которых равны, пневматическую систему аэрации с фильтосами, размещенными на дне каждого коридора, ввод воды в виде суживающегося патрубка с жестко закрепленными в нем завихрителем, состоящим из четырех продольно расположенных пластин, торцевые поверхности которых подвергнуты друг относительно друга на 90°, ввод активного ила, выводы очищенной воды и ила, при этом корпус и перегородки соединены с дном дугообразными элементами.
Существенным недостатком данного решения являются высокие энергозатраты на аэрацию активного ила при глубинах сооружений менее 9 м.
Известен также патент РФ № 191965 на полезную модель «Установка для очистки сточных вод» по заявке №2019105415 с приоритетом от 26.02.2019 г., МПК E03F 5/04; E03F 5/14; C02F 3/12, опубликовано 28.08.2019 г.
Данная установка содержит корпус из полимерного материала с входным и выходным патрубками, горловину с крышкой и ребра жесткости, выполненные на корпусе и горловине, внутреннюю колбу, боковые стенки которой плотно соприкасаются со стенками корпуса, выполненного цельнолитым с горловиной, имеющей общие ребра жесткости с корпусом и выполненной во всю ширину корпуса, ребра жесткости которого имеют поперечное и продольное направление, отличающаяся тем, что горловина снабжена распорным элементом. Полезная модель обеспечивает повышение прочности конструкции в целом.
Известен также и наиболее близок по технической сущности патент РФ №2725262 на изобретение «Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод» по заявке №2019136902 с приоритетом от 18.11.2019 г., МПК C02F 3/00 , C02F 9/14.
Блочно-модульное сооружение очистки сточных вод имеет герметичный корпус, состоящий из отдельных разборных унифицированных конструктивных блоков из труб, соединенных между собой поворотными участками и фитингами, выполненные в форме, по меньшей мере, одного коридорного, кольцевого, горизонтального, вертикального или наклонного резервуара с использованием герметичных соединительных элементов, поворотных участков и фитингов, содержащий внутри водо-воздушную смесь активного ила и сточных вод под избыточным давлением до 36 атмосфер, при этом корпус снабжен подающим сточные воды или иловую смесь патрубком, отводящим иловую смесь или очищенные воду патрубком, системой аэрации иловой смеси, побудителем движения иловой смеси, устройством нагнетания газо-воздушной смеси, устройством очистки газообразных выбросов, герметичным люком (горловиной с крышкой) для обслуживания технологического оборудования, насосом для рециркуляции иловой смеси.
При этом корпус может быть выполнен, в частности, из пластмассы.
Герметичное соединение блоков из труб может быть выполнено, в частности, в виде муфты, либо в виде разъемного фланцевого соединения из стеклокомпозита или стали с эластичными уплотнительными элементами, или в виде неразъемного сварного, клеевого соединения или ламинированного соединения. Недостатками указанного технического решения являются энергозависимость вообще и высокие энергозатраты в частности, а также недостаточно высокая прочность сопротивления давлению грунта снаружи в верхней части установки, что приводит к риску деформации и разгерметизации конструкции, а также неудобство в обслуживании.
Задачей полезной модели является создание модульного устройства для очистки сточных вод с возможностью работы без использования электрооборудования, т.е. энергонезависимого, и с высокими прочностными характеристиками.
Задача решается за счет того, что устройство для очистки бытовых сточных вод содержит сборный горизонтально ориентированный корпус из полимерного материала с входным и выходным патрубками и горловиной с крышкой для обслуживания, состоящий из отдельных полых модулей, соединенных герметично между собой с помощью фланцевых соединений, в котором согласно полезной модели модули выполнены округлыми в плане, первый модуль с входным патрубком и последний модуль с выходным патрубком снабжены торцевыми боковинами (плоскими, выпуклыми) с ребрами жесткости; каждый модуль содержит кольцевые поперечные ребра жесткости, по меньшей мере два из которых образуют в нижней части опору; каждый модуль снабжен вертикально ориентированной горловиной с крышкой для обслуживания и откачки ила, а также снабжен у одного из торцов встроенной внутренней перегородкой с переливным отверстием в верхней части для перемещения сточных вод внутри устройства самотеком, причем торец каждого модуля с перегородкой соединен с открытым концом соседнего модуля; при этом фланцы соседних модулей соединены между собой с помощью болтов и сварки изнутри и снаружи, а фланцы каждого модуля усилены с наружной стороны дополнительными перпендикулярными ребрами жесткости, которые проходят по оси модуля между фланцем и выступом ближайшего к данному фланцу поперечного кольцевого ребра жесткости в количестве не менее 4-х и расположены по обе стороны фланцевого соединения напротив друг друга.
То есть устройство для очистки бытовых сточных вод (септик) собирается из нескольких составных частей - полых модулей, в плане округлых (в т.ч. круглых, овальных в поперечном сечении), причем первый и последний модули выполнены с входным и выходным патрубками, соответственно, а также снабжены торцевыми боковинами, которые могут быть плоскими или выпуклыми. При этом количество необходимых модулей в устройстве зависит от объема подлежащих очистке сточных вод. Каждый такой модуль содержит поперечные кольцевые ребра жесткости, по меньшей мере два из которых переходят в нижней части в опорное образование, а у первого и последнего модулей ребра жесткости содержат также торцевые боковины. Каждый модуль образует внутри отдельную камеру септика, так как имеет у своего конца встроенную перегородку, в верхней части которой выполнено переливное отверстие для перемещения стоков внутри септика. В каждый модуль имеется доступ через горловину с крышкой для полноценного обслуживания и откачки отстоявшегося ила. Модули соединяются между собой с помощью усиленного перпендикулярными ребрами жесткости фланцевого соединения на болтах и дополнительно свариваются без каких-либо прокладок между собой изнутри и снаружи. Дополнительные ребра жесткости каждого фланца проходят вдоль оси модуля между фланцем и выступом ближайшего к данному фланцу кольцевого ребра жесткости, расположены на некотором расстоянии друг от друга по поверхности модуля в количестве не менее 4-х с каждой стороны фланцевого соединения и расположены напротив друг друга. Указанные дополнительные ребра жесткости увеличивают жесткость фланцевого соединения модулей, а также общую жесткость конструкции септика. Встроенные перегородки внутри модулей также усиливают прочность собранного устройства, особенно при заглублении его в землю.
По сути, в заявляемом устройстве очистка сточных вод происходит путем их многократного отстаивания и дальнейшего их перетекания по закону сообщающихся сосудов из камеры первого модуля, куда стоки попадают самотеком через входной патрубок, в камеру следующего модуля, и так, последовательно, до камеры последнего модуля, откуда стоки через выходной патрубок изливаются самотеком в поле орошения для доочистки.
Таким образом, заявляемое устройство очистки сточных вод является энергонезависимым, т.к. работает без использования какого бы то ни было электрооборудования, и может быть использовано в местах, где электроэнергия подается с большими перебоями или вообще отсутствует ее подвод. При этом благодаря наличию дополнительных ребер жесткости фланцевых соединений модулей повышена общая прочность конструкции устройства. Кроме того, т.к. каждый модуль имеет горловину с крышкой для обслуживания, устройство обладает удобством и безопасностью в эксплуатации.
В частном случае выполнения устройства, первый и последний модули с соответствующими торцевыми боковинам герметично соединены, например, в виде разъемного фланцевого соединения с эластичными уплотнительными элементами, или с помощью муфты, или с помощью сварки.
В частности, торцевые боковины выполнены в форме полусфер с продольными и поперечными ребрами жесткости, что обеспечивает равномерное распределение внешних нагрузок грунта на корпус, исключает его деформацию и повышает прочность конструкции устройства в целом. При этом каждая торцевая боковина в форме полусферы снабжена дополнительной горловиной для улучшения возможности обслуживания первого и последнего модулей внутри.
Торцевые боковины присоединены к модулям с помощью стянутых болтами с гайками фланцев, а также сварки изнутри и снаружи, причем фланцы усилены с наружной стороны дополнительными перпендикулярными ребрами жесткости, которые проходят по оси модуля между фланцем и выступом ближайшего к данному фланцу поперечного кольцевого ребра жесткости в количестве не менее 4-х и расположены по обе стороны фланцевого соединения напротив друг друга. Указанное выполнение обеспечивает герметичность присоединения торцевых боковин к модулям и увеличивает жесткость конструкции.
В частном случае выполнения устройства, первый и последний модули технологически выполнены с соответствующими торцевыми боковинами в виде единой детали (заедино). Такое выполнение обеспечивает полную герметичность между торцевыми боковинами и обечайкой первого и последнего модулей, соответственно, но технологически является сложным.
В частном случае выполнения горловины модулей выполнены с поперечными кольцевыми ребрами жесткости, что дополнительно повышает прочность конструкции устройства в целом.
В частном случае выполнения отверстия для перелива сточных вод во встроенных перегородках внутри модулей снабжены фильтрами, которые отделяют твердые фракции от жидких стоков, а также разбивают крупные органические фракции стоков на более мелкие, обеспечивая дополнительную очистку и осветление сточных вод, т.е. повышают эффективность их переработки.
В частном случае выполнения камера последнего модуля снабжена несъемной емкостью для размещения в ней биофильтра, выполненной проницаемой для стоков (отверстие или перфорация стенки) и соединена с выходным патрубком, что позволяет осуществлять дополнительно биоочистку стоков.
В частном случае выполнения устройства модули и горловины выполнены из линейного полиэтилена низкой плотности высокого давления, что придает устройству дополнительную прочность, обеспечивая возможность его использования при пониженных и повышенных температурах.
Заявляемая полезная модель - устройство для очистки бытовых сточных вод поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид устройства при выполнении первого и последнего модулей заедино с торцевыми плоскими боковинами;
на фиг.2 представлен общий вид устройства в случаях: соединения концевых модулей с торцами-полусферами с помощью фланцевых соединений;
выполнения переливных отверстий с фильтрами и наличия в последнем модуле емкости под биофильтр в основании дополнительной горловины.
Заявленное устройство для очистки бытовых сточных вод - септик в общем случае выполнения (Фиг. 1) представляет собой горизонтально ориентированный корпус из полимерного материала (в частности - из линейного полиэтилена низкой плотности высокого давления), состоящий из соединенных между собой округлых в плане модулей: первого модуля 1, снабженного торцевой боковиной 2 с ребрами жесткости, и с входным патрубком 3; последнего модуля 4, снабженного торцевой боковиной 5 с ребрами жесткости, и с выходным патрубком 6, а также расположенных между ними промежуточных одинаковых модулей 7, количество которых зависит от объема сточных вод. При этом каждый модуль устройства 1, 4, 7 выполнен с поперечными кольцевыми ребрами жесткости 8, по меньшей мере два из которых переходят в нижней части в опорное образование 9. Каждый модуль 1, 4, 7 снабжен вертикально ориентированной горловиной 10 с крышкой. Каждый модуль 1, 4, 7 образует внутри отдельную камеру, т.к. имеет у своего конца внутреннюю встроенную перегородку 11 с переливным отверстием 12 в верхней части, причем торец каждого модуля с перегородкой 11 соединен с открытым концом соседнего модуля. Все модули устройства 1, 4, 7 соединены между собой с помощью неразъемного фланцевого соединения 13 (болтами и двухсторонней сваркой изнутри и снаружи), усиленного с каждой стороны перпендикулярными ребрами жесткости 14, проходящими по оси модуля между фланцем 13 и ближайшим к нему ребром жесткости 8 и расположенными на некотором расстоянии друг от друга по поверхности модуля в количестве не менее 4-х с каждой стороны фланцевого соединения 13 напротив друг друга.
В частном случае выполнения заявленное устройство (Фиг. 2) содержит все элементы, указанные для общего случая выполнения, за исключением того, что концевые модули, а именно: первый и последний модули 1 и 4 с соответствующими торцевыми боковинам 2 и 5 соединены герметично, например, в виде разъемного фланцевого соединения из стеклокомпозита с эластичными уплотнительными элементами, или с помощью муфты, или сварки.
В частности, торцевые боковины 2 и 5 выполнены в форме полусфер с продольными и поперечными ребрами жесткости, что обеспечивает равномерное распределение внешних нагрузок грунта на корпус, исключает его деформацию и повышает прочность конструкции устройства в целом. При этом каждая торцевая боковина 2, 5 в форме полусферы снабжена дополнительной горловиной 15 для обеспечения доступа внутрь и ее обслуживания. Причем торцевые боковины 2, 5 присоединены к модулям 1, 4, соответственно, с помощью стянутых болтами с гайками фланцев 13, а также сварки изнутри и снаружи, причем фланцы усилены с наружной стороны дополнительными перпендикулярными ребрами жесткости 14, которые проходят по оси модуля между фланцем 13 и выступом ближайшего к данному фланцу поперечного кольцевого ребра жесткости 8 в количестве не менее 4-х и расположены по обе стороны фланцевого соединения 13 напротив друг друга. Указанное выполнение обеспечивает герметичность присоединения торцевых боковин к концевым модулям и увеличивает жесткость конструкции.
В частном случае выполнения устройства (Фиг. 1), первый и последний модули 1,4 выполнены с соответствующими торцевыми боковинам 2, 5 в виде единой детали (заедино). Такое выполнение обеспечивает полную герметичность между торцевой боковиной и обечайкой модуля, но технологически является сложным.
В частном случае выполнения устройства (Фиг. 2) вертикально ориентированные горловины 10, 15 всех модулей 1, 4, 7 выполнены с поперечными кольцевыми ребрами жесткости 16.
В частном случае выполнения устройства (Фиг. 2) переливные отверстия 12 во встроенных внутренних перегородках 11 снабжены фильтрами 17.
В частном случае выполнения устройства (Фиг. 2) камера последнего модуля 4 снабжена для размещения биофильтра несъемной емкостью 18, выполненной проницаемой для стоков и соединенной с выходным патрубком 6. В частности, при выполнении последнего модуля 4 с торцевой боковиной 5 в форме полусферы, емкость 18 закреплена в основании доп. горловины 15.
В частном случае выполнения устройства все модули 1, 4, 7 с горловинами 10, 15 выполнены из линейного полиэтилена низкой плотности высокого давления, например, марки LLDPE.
Заявленное устройство в общем случае работает следующим образом.
Производство всех модулей устройства и осуществляют в заводских условиях, на современном оборудовании, способом ротоформования. Монтаж устройства также осуществляют в заводских условиях, при этом корпус собирают из такого количества модулей, которое необходимо для очистки предполагаемого объема сточных вод, подлежащих очистке. Все модули 1, 4, 7 (и в частности, концевые модули 1, 4 с торцевыми боковинами 2, 5) соединяют между собой с помощью неразъемного фланцевого соединения 13: сначала фланцы соседних модулей стягивают болтами, а затем сваривают изнутри и снаружи.
При этом фланцевые соединения 13 усилены с каждой стороны дополнительными перпендикулярными ребрами жесткости 14, проходящими по оси модуля между фланцем 13 и ближайшим к нему ребром жесткости 8 и расположенными на поверхности модуля в количестве не менее 4-х с каждой стороны фланцевого соединения 13 напротив друг друга.
После сборки корпуса каждый модуль 1, 4, 7 образует внутри отдельную камеру, так как снабжен у одного из своих торцов встроенной перегородкой 11 с переливным отверстием 12 в верхней части, причем торец каждого модуля с перегородкой 9 соединен с открытым концом соседнего модуля.
После монтажа устройства входной патрубок 3 подсоединяют к системе канализации объекта и установку-септик засыпают землей на заданной глубине, причем конец выходного патрубка 6 находится также в земле, а концы горловин 10 с крышками всех модулей 1, 4, 7 выступают над поверхностью земли для возможности обслуживания и откачки отстоявшегося ила.
В начале использования устройства-септика бытовые сточные воды по канализационному трубопроводу самотеком через входной патрубок 3 поступают в камеру первого модуля 1. В каждой камере модулей 1, 7 происходит отстаивание сточных вод и через переливное отверстие 12 встроенной перегородки 11 их перелив самотеком в камеру следующего модуля. Из камеры последнего модуля 4 очищенные стоки через выходной патрубок 6 самотеком изливаются для доочистки в поле орошения, где происходит окончательная их очистка за счет естественной фильтрации через почву.
При этом ребра жесткости 8, по меньшей мере два из которых в каждом модуле 1, 4, 7 переходят внизу в опору 9, надежно удерживают устройство в грунте и распределяют внешние нагрузки, что повышает его прочность. Горловины 10 обеспечивают доступ для обслуживания любого модуля устройства 1, 4, 7, и откачки ила, образующегося при ее эксплуатации.
Дополнительные ребра жесткости 14 увеличивают жесткость фланцевых соединений 13 модулей, а также общую жесткость конструкции устройства.
Заявленное устройство в частных случаях выполнения работает так же, как и в общем случае, с учетом следующих дополнений и особенностей (Фиг. 1, 2).
В частных случаях, когда концевые модули 1, 4 герметично соединены с торцевыми боковинами 2, 5 разной формы (плоская, выпуклая), т.е. являются сборными, это технологически упрощает их производство на заводе.
В частности, (Фиг. 2) когда концевые модули 1, 4 снабжены торцевыми боковинами 2, 5 в форме полусфер с продольными и поперечными ребрами жесткости и с дополнительными горловинами 15 для улучшения обслуживания, соединены с ними с помощью стянутых болтами с гайками фланцев 13, усиленных перпендикулярными ребрами жесткости 14, а также сварки изнутри и снаружи, указанное выполнение обеспечивает герметичность присоединения торцевых боковин, увеличивает жесткость конструкции, а также обеспечивает равномерное распределение нагрузок грунта на корпус, исключает его деформацию и повышает прочность конструкции устройства в целом.
В частном случае выполнения устройства (Фиг. 1), когда первый и последний модули 1,4 выполнены с соответствующими торцевыми боковинам 2, 5 в виде единой детали (заедино), указанное выполнение технологически является сложным, но обеспечивает абсолютную герметичность между торцевыми боковинами и обечайкой этих модулей.
В частном случае (Фиг. 2), выполнение вертикально ориентированных горловин 8, 15 всех модулей 1, 4, 7 с поперечными кольцевыми ребрами жесткости 16, повышает их прочность, а также прочность установки в целом.
В частном случае (Фиг. 2), при выполнении переливных отверстий 12 у встроенных перегородок 11 с фильтрами 17 при переливе сточных вод из одной камеры модуля 1, 7 в камеру соседнего модуля происходит отделение твердых фракций от жидких стоков, а также разбивание крупных органических фракций стоков на более мелкие, что обеспечивает дополнительную очистку и осветление сточных вод, т.е. повышают эффективность их переработки.
В частном случае (Фиг. 2), размещение в камере последнего модуля 4 несъемной (например, приваренной) емкости 18, выполненной проницаемой для стоков (например, за счет наличия отверстия или перфорации ее стенки) и соединенной с выходным патрубком 6, в частности, при торцевой боковине в форме полусферы закрепление емкости 18 в основании дополнительной горловины 15, позволяет при загрузке в эту емкость 18 биофильтра, дополнительно осуществлять биологическую очистку стоков.
В частном случае, выполнение всех элементов устройства: модулей вида 1, 4, 7 с горловинами 8, 15 из линейного полиэтилена низкой плотности высокого давления, придает устройству дополнительную прочность, обеспечивая возможность ее использования при пониженных и повышенных температурах.
Таким образом, заявленное устройство для очистки бытовых сточных вод является энергонезависимым, обладает высокими прочностными характеристиками и повышенным удобством эксплуатации.