УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ОСАДКА ИЗ ОТСТОЙНИКА

Предлагаемая полезная модель относится к системам очистки сточных вод, применяемых на станциях аэрации питьевой воды и сточной воды и других предприятиях очистки промышленных и бытовых стоков и может найти применение в их отстойниках для механического сбора и удаления осадков, выпавших из сточных вод взвешенных частиц нерастворимых веществ.
Известно устройство механического удаления осадка из радиального отстойника (см. свидетельство РФ на полезную модель №30613, опубл. 10.07.2003 г.). Оно предназначено для механического сгребания осадка в иловый приямок на дне радиального отстойника и содержит активное водило (мост, снабженный приводом), на котором закреплен инструмент, совершающий сложное движение по дну радиального отстойника с переносным движением по окружности вокруг центра радиального отстойника и с периодическим относительным движением по дуге окружности от границы дна к иловому приямку. При этом осадок удаляется со дна поэтапно отдельными полосами, перекрывающими последовательно одна другую и образуемых с помощью инструмента скребущего по дну радиального отстойника. В результате многократных скребковых перемещений инструмента одновременно с удалением осадка происходит зачистка дна, что является достоинством этого оборудования, так как зачистка дна препятствует образованию на нем локальных зон налипшего осадка, который со временем уплотняется, загнивает и всплывает на поверхность, снижая качество очистки воды. Указанное известное устройство механического удаления осадка возвращает радиальный отстойник в первоначальное состояние в течение одного цикла переносного движения инструмента.
Однако такое достоинство оказывается и недостатком, так как при скребковых перемещениях инструмента по дну радиального отстойника происходит истирание рабочей кромки инструмента, замена которого требует остановки функционирования устройства механического удаления осадка из радиального отстойника.
Известно устройство механического удаления осадка из радиального отстойника (см. авторское свидетельство СССР №464536, опубл. 25.03.1975 г.), содержащее активное водило, представляющее собой мост, снабженный приводом и используемый в качестве надводной части, и подводную часть в виде фермы, соединенную с приводным мостом, а также имеющее рабочий инструмент, представляющий собой группу скребков, в которой скребки выстроены в ряд по спиральной линии и соединены граничащими кромками друг с другом посредством шарниров, причем каждый скребок имеет жестко скрепленную с ним несущую тягу, шарнирно соединенную с фермой и при скребковом перемещении по дну радиального отстойника плотно прилегает к его дну.
Это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа, так оно имеет наибольшее число общих с заявляемым техническим решением существенных признаков.
В сущности, прототип представляет собой устройство механического удаления осадка из отстойника, содержащее несущую ферму и группу скребков, которые имеют кинематическую связь как с несущей фермой, так и между собой, образуя в совокупности на дне отстойника, по крайней мере, один отвал удаления осадка из отстойника, при этом нижняя кромка каждого скребка скребет дно отстойника в процессе перемещения скребка под действием несущей фермы.
Однако в течение цикла перемещение скребков по дну отстойника, совершаемое неизменно в одном направлении, приводит к тому, что скребки стачиваются и соскребается дно отстойника. В результате приходится часто останавливать это устройство и заменять его скребки, а также восстанавливать поверхность дна отстойника.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового устройства механического удаления осадка из отстойника с техническим результатом, который заключается в повышении долговечности работы скребков при одновременном сохранении поверхности дна радиального отстойника в процессе оперативного удаления оседаемого на дно осадка из сточной воды.
Поставленная задача решена следующим образом.
Устройство механического удаления осадка из отстойника, содержащее несущую ферму и группу скребков, которые имеют кинематическую связь как с несущей фермой, так и между собой, образуя в совокупности на дне отстойника, по крайней мере, один отвал, ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ тем, что кинематическая связь каждого скребка с несущей фермой образована из, по крайней мере, четырех несущих тяг, объединенных в прямоугольную конструкцию, у которой один торец шарнирно соединен с несущей фермой, а другой - шарнирно соединен с несущей соответствующей рамой, причем скребок жестко соединен с упомянутой несущей рамой и между его нижней кромкой и дном отстойника образован зазор, изменяющийся в процессе перемещения скребка над дном под действием образуемого перед ним отвала осадка.
Такое новое техническое решение позволяет создать устройство механического удаления осадка из отстойника, который обеспечивает достижение следующего технического результата, а именно: повышает его долговечность при сохранении поверхности дна отстойника и оперативного удаления с него выпавшего осадка из сточной воды. Это достигается за того, что кинематическая связь скребка и активного водила образована прямоугольной конструкцией, один из торцов которой шарнирно соединен с активным водилом, а другой - с рамой, под которой расположен скребок и с которой он соединен. В результате, при перемещении скребка над дном отстойника скребок собирает осадки по ходу своего перемещения плавно отслеживает профиль (неровности поверхности дна отстойника), образуя из него призматический валок и направляя его в приямок сбора осадков. При этом между нижней кромкой скребка и дном отстойника на его поверхности образуется слой из осадков, выполняющий функцию смазки между этими перемещаемыми относительно друг друга элементами. Поэтому автоматическое отклонения скребка в зависимости от противоусилия скопившегося перед ним осадка периметральному движению устройства без образования в застоявшихся и загнивающих зон осадка, так как между нижней кромкой скребка и дном радиального отстойника образуется слой скольжения, выполняющий условия смазки. Кроме того, наличие кинематической связи, выполненной в виде прямоугольной конструкции из, по меньшей мере, четырех тяг и с одной стороны шарнирно связанная со скребком, а с другой - шарнирно с несущей фермой, что позволяет ей обеспечивать плавное и упругое обтекание скребком поверхности дна отстойника. Причем, шарнирное соединение прямоугольной конструкции из тяг с несущей фермой имеет упругие свойства выше, чем упругие свойства шарнирных соединений упомянутой прямоугольной конструкции со скрепками. Изменение или регулировка этого соотношения упругих свойств шарнирных соединений позволяет настраивать перемещение скрепка по дну отстойника с требуемым усилием.
Заявителем проведен патентный поиск по данной теме. Он показал, что предлагаемая совокупность существенных признаков не обнаружена. Поэтому данную полезную модель можно считать новой полезной моделью.
Сущность предлагаемой полезной модели и практическая ее работоспособность поясняется чертежами и нижеследующим описанием.
Фиг. 1 - фронтальный разрез устройства механического удаления осадка из отстойника;
Фиг. 2, 3 - два рабочих положения скребка на дне отстойника и кинематическая связь скребков с несущей фермой.
Предлагаемое устройство механического удаления осадка из радиального отстойника содержит несущую ферму 1 и группу скребков 2. Каждый скребок 2 имеет кинематическую связь как с несущей фермой, так и между собой, образуя в совокупности на дне отстойника (на чертеже изображены условно) (фиг. 1), по крайней мере, один отвал из осадков сточных вод. Кинематическая связь каждого скребка 2 с несущей фермой 1 образована из, по меньшей мере, четырех несущих тяг 3, объединенных в прямоугольную конструкцию (фиг. 2) у которой один торец шарнирно (верхние шарниры 4 несущей фермы) соединен с несущей фермой 1, а другой - шарнирно (нижние шарниры 5) соединен с несущей соответствующей рамой 6. Причем скребок 2 жестко соединен с упомянутой несущей рамой 6 и между его нижней кромкой и дном 7 отстойника 4 (изображены на чертеже условно) образован зазор h (фиг. 2), изменяющийся в процессе перемещения скребка 2 над дном 7 под действием образуемого перед ним отвала осадка. Причем, в качестве несущих тяг 3 могут быть применены трубы. Каждая четверка из них закреплена с одной стороны на шарнирах 4 с низом несущей фермы 1, а с другой - с рамой 6 через шарнир 5, к низу которой жестко прикреплены скребки 2. В итоге четыре несущие тяги 3 (трубы через шарниры 4 и 5 образуют в исходном состоянии прямоугольник (фиг. 2), а при встрече сопротивления во время перемещения над дном 7 отстойника - параллелограмм (фиг. 3). В результате получается автоматическое отклонение скребка 2 в зависимости от противоусилия скопившегося перед ним осадка периметральному движению устройства без образования в застоявшихся и загнивающих зон осадка, так как между нижней кромкой скребка 2 и дном отстойника образуется тонкий слой скольжения из осадка сточных вод, выполняющий условия смазки, которая предотвращает износ нижней кромки скребка 2 и образования тонкого ровного защитного покрытия поверхности дна радиального отстойника (на чертеже изображено условно в виде толщины h слоя осадка (фиг. 3). Причем, шарнирное соединение прямоугольной конструкции из тяг с несущей фермой имеет упругие свойства выше, чем упругие свойства шарнирных соединений упомянутой прямоугольной конструкции со скребками. Изменение или регулировка этого соотношения упругих свойств шарнирных соединений позволяет настраивать перемещение скребка по дну отстойника с требуемым усилием. В сущности, упругие свойства шарнирного соединения прямоугольной конструкции тяг с несущей фермой при следующем столкновением скребков с увеличенным валом осадком способствует его смещению по дну радиального отстойника.
Предлагаемое устройство, установленное на отстойник, работает следующим образом.
Сточные воды, поступающие на очистку, непрерывным потоком подаются в чашу отстойника через центральную подводящую трубу. Во время нахождения сточных вод в чаше отстойника происходит их очистка как за счет физических процессов выпадения взмученных частиц на дно отстойника, так и химико-биологических процессов образования различных органических коагулянтов, которые также опускаются на дно 7 отстойника, увлекая более мелкие частицы. Таким образом, на дне отстойника образуется слой ила. Несущая ферма 1, опираясь в рассматриваемом случае на подвижную опору 8, движущуюся по борту 9 чаши отстойника, перемещает по дну 7 основные скребки 2 и дополнительные скребки (не обозначены). При этом из осадка перед отвалом формируется призма волочения, направляемая в иловый приямок 10 за счет формы основных скребков 2 в плане. Установленные перед отвалом дополнительные скребки при перемещении их по дну 7 внедряются под острым углом в массив удаляемого осадка, разделяют его на части и срезают с поверхности дна, сдвигая каждую часть массива по отдельности в направлении, которое пересекается с направлением движения основных скребков 2. За счет этого достигается эффект улучшения качества очистки дна, так как механическое воздействие на удаляемый осадок, предваряющее перемещение его отвалом в иловый приямок, препятствует налипанию осадка на дно. При этом направление указанного сдвига зависит от того, в какую сторону относительно илового приямка развернуты дополнительные скребки. Эффект улучшения качества очистки дна, естественно, достигается только в том случае, когда размеры и расположение дополнительных скребков обеспечивают им прохождение по всей очищаемой поверхности дна отстойника. Соединение основных скребков 2 шарнирами 5 позволяет основным скребкам 2 поворачиваться друг относительно друга в вертикальной плоскости и наилучшим образом прилегать к неровностям дна 7, что также способствует повышению качества очистки дна 7. Следует также отметить, что наличие шарниров 5 не является обязательным; улучшения прилегания к дну 7 чаши отстойника можно добиться, например, подбором соответствующей гибкости отвала в целом либо задав определенные требования к неровностям дна 7 для обеспечения совместимости работы оборудования и отстойника.
На основании проведенных опытов и условий, заложенных в расчет усилий сгребания осадка, форма призмы волочения в сечении представляет собой фигуру, близкую к прямоугольному треугольнику с гипотенузой, расположенной под углом 45° к поверхности дна отстойника, а катет такого треугольника не превышает высоты основного скребка (на чертеже не показан) (см., например, диссертацию В.И. Морозовой «Исследование и разработка рационального оборудования для удаления осадка из радиальных отстойников», Л., 1979 г.) Таким образом, минимальный зазор между отвалом и дополнительными скребками, достаточный для прохождения призмы волочения вдоль отвала, должен составлять, как минимум, одну высоту h основных скребков 2. В связи с тем, что призма волочения в поперечном сечении представляется равнобедренным прямоугольным треугольником, катет которого увеличивается по мере приближения материала сгребаемого осадка к иловому приямку 10 в его относительном движении вдоль отвала, высота h основных скребков 2 должно быть больше на Δh и, соответственно, расстояние между дополнительными скребками и основными скребками должно быть не меньше h. Это условие обеспечит беспрепятственное прохождение призмы волочения. Конкретные значения Δh и h рассчитываются по нагрузке на отстойник, выражающейся в максимальном количестве осадка, выпадающего на дно отстойника в мм/сутки. К примеру, расчет оборудования конкретного 54-метрового первичного отстойника с выпадением осадка до 270 мм/сутки показывает, что не превысит 160 мм и высота основных скребков 250 мм достаточна с запасом. Соответственно, на таком же расстоянии от основных скребков 2 можно располагать и дополнительные скребки. Особенностью предлагаемого устройства является также то, что при развороте дополнительных скребков в сторону, противоположную иловому приямку 10, эффект зачистки дна усиливается за счет более резкого изменения направления движения ила, перемещаемого сначала дополнительными скребками, а затем основными скребками 2. Одновременно достигается дополнительный эффект компенсации радиального усилия, действующего на отвал, возникающий в результате встречного направления радиальных составляющих реактивных сил, действующих на основные 2 и дополнительные скребки.
Таким образом, предлагаемое устройство механического удаления осадка из отстойника обеспечивает эффективную очистку дна отстойника при минимальной затрате энергии.