Установка очистки поверхностного стока
SURFACE RUN-OFF CLEANING PLANT

Изобретение относится к установке очистки поверхностного стока от дисперсных включений и загрязняющих веществ на очистных сооружениях ливневой канализации. Изобретение может быть использовано самостоятельно для очистки поверхностного стока населенных пунктов, аэропортов, промышленных и автодорожных предприятий, а также в комплексе с ранее построенными очистными сооружениями ливневой канализации.
Традиционные очистные сооружения ливневой канализации, имеющие большую рабочую площадь, состоят из функционально обособленных, последовательно расположенных конструктивных элементов: распределительной камеры, мусорозадерживающей решетки, песколовки, отстойника, нефтеловушки, механических и/или сорбционных фильтров, а также из отдельно стоящей иловой площадки для обезвоживания образующегося осадка.
Потребность традиционных сооружений в большом количестве крупногабаритного оборудования при его технологическом разнообразии делает сложной конструкцию установки, приводит к большим капитальным затратам и дорогостоящей эксплуатации.
Известна установка очистки поверхностного стока, включающая водосточный коллектор, соединенный с распределительной камерой, блок первичной обработки воды от грубодисперсных частиц и нефтепродуктов, содержащий последовательно расположенные сгуститель, гидроциклон и сепаратор, блок доочистки с фильтрами и с мультициклоном, трубопроводы подачи воды на очистку и отвода очищенной воды, систему промывки фильтрующей загрузки, систему удаления сгущенной фазы, связанную со сгустителем блока первичной обработки воды и с приспособлением для выгрузки обезвоженного осадка (РФ 2205924, МПК E03F 1/00, E03F 5/10, C02F 1/00, C02F 9/00, опубл. 16.03.2003).
Известны установки очистки ливневых сточных вод, содержащие приемный аккумулирующий резервуар, пескосборный бункер, блок первичной очистки воды от взвешенных частиц и нефтепродуктов и блок глубокой доочистки, накопитель уловленных нефтепродуктов, накопитель очищенной воды, причем блок первичной очистки выполнен в виде тонкослойного модуля из пакета труб, изготовленных из материала, обладающего высоким коэффициентом смачиваемости жидкими частицами нефтепродуктов, и размещен внутри пескосборного бункера или над ним (РФ 2289548, МПК C02F 1/40, опубл. 20.12.2006; РФ 2158233, МПК C02F 1/40, C02F 9/02, опубл. 27.10.2000; РФ 2130902, МПК C02F 9/00, C02F 1/40, C02F 1/28, C02F 1/52, C02F 3/12, опубл. 27.05.1999).
Известные установки обладают вышеуказанными недостатками традиционных сооружений, их эксплуатация связана с необходимостью постоянной очистки часто забивающихся пескосборников и фильтров, с заменой фильтрующих и сорбционных материалов, с использованием специальных приспособлений для удаления обводненного осадка и его обезвоживания, что не позволяет экономически эффективно их эксплуатировать.
Установка по патенту РФ 2205924 является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Технической задачей изобретения является разработка простой и эффективной установки очистки поверхностного стока, способной, используя иное оборудование, обеспечить качественную первичную очистку, не прибегая к традиционному оборудованию.
Задача решена за счет использования в узле первичной очистки сточной воды многофункционального грязеемкого фильтра - геотекстильной тубы, далее называемой геотубой.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в упрощении конструкции и эксплуатации установки, в повышении эффективности первичной очистки поверхностного стока, в снижении капитальных и эксплуатационных затрат.
Для решения поставленной задачи в установке очистки поверхностного стока, включающей водосточный коллектор, распределительную камеру, блок первичной очистки сточной воды от грубодисперсных частиц и нефтепродуктов, блок глубокой доочистки и трубопроводы подачи сточной воды на очистку и отвода очищенной воды, оснащенные запорными устройствами, согласно изобретению блок первичной очистки сточной воды выполнен из по меньшей мере двух унифицированных, автономно функционирующих секций, каждая из которых снабжена многофункциональным грязеемким фильтром замкнутой оболочковой формы, преимущественно крупноразмерной геотубой, способной обеспечить как очистку воды, так и обезвоживание осадка, и емкостью, соразмерной геотубе, предназначенной для размещения геотубы в горизонтальном положении, емкость снабжена насосом, водосливом, способным обеспечить в ней заданный уровень воды, и дренирующей подложкой и сообщена с трубопроводом отвода очищенной воды на уровне ее днища с возможностью полного отвода воды из нее в блок глубокой доочистки, геотуба сообщена с трубопроводом безнапорной подачи в нее сточной воды, размещена в емкости на дренирующей подложке с возможностью ее эксплуатации в режиме очистки в затопленном, полузатопленном или неподтопленном очищенной водой рабочем состоянии, а также с возможностью быстросменного перевода ее из режима очистки сточной воды в режим обезвоживания осадка, накопленного в режиме очистки, при эксплуатации в режиме очистки водослив отрегулирован на уровень очищенной воды в емкости, соответствующий выбранному рабочему состоянию геотубы, запорное устройство на трубопроводе безнапорной подачи установлено в положение «открыто» с возможностью непрерывной подачи сточной воды в геотубу с равномерным заполнением внутреннего объема геотубы осадком и с равномерным выходом очищенной воды по всей поверхности геотубы в емкость, трубопровод отвода очищенной воды открыт с возможностью, в случае неподтопленного рабочего состояния геотубы, безнапорного отвода всей воды из емкости, а в случае затопленного или полузатопленного рабочего состояния геотубы отвода избытка воды, превышающего заданный уровень, при эксплуатации в режиме обезвоживания осадка запорное устройство на трубопроводе подачи сточной воды в геотубу установлено в положение «закрыто», трубопровод отвода открыт для безнапорного или принудительного с помощью насоса полного отвода воды из емкости.
В частных случаях использования изобретения в блоке первичной очистки сточной воды в качестве емкости использована емкость из железобетона, полимерного или другого материала, пригодного для этой цели; при эксплуатации геотубы в неподтопленном состоянии использовано днище емкости, или асфальтобетонная площадка, или площадка с покрытием из другого материала, устойчивого к размыву, оснащенная дренирующей подложкой; секции блока первичной очистки воды выполнены с возможностью их попеременной работы в режиме очистки или в режиме обезвоживания; при количестве секций больше двух предпочтительна их последовательная эксплуатация как в режиме очистки, так и в режиме обезвоживания; блок первичной очистки пригоден для эксплуатации как с использованием реагентов, так и без них.
Отличительными от прототипа признаками заявленной установки являются следующие:
а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях:
- блок первичной очистки сточной воды выполнен из по меньшей мере двух унифицированных, автономно функционирующих секций,
- каждая секция снабжена многофункциональным грязеемким фильтром замкнутой оболочковой формы, преимущественно крупноразмерной геотубой, способной обеспечить как очистку воды, так и обезвоживание осадка, - каждая секция снабжена емкостью, соразмерной геотубе, предназначенной для размещения геотубы в горизонтальном положении,
- емкость в каждой секции снабжена насосом, водосливом, способным обеспечить в ней заданный уровень воды, и дренирующей подложкой,
- указанная емкость сообщена с трубопроводом отвода очищенной воды,
- упомянутый трубопровод сообщен с емкостью на уровне ее днища с возможностью полного отвода воды из нее в блок глубокой доочистки,
- геотуба сообщена с трубопроводом безнапорной подачи сточной воды на очистку,
- геотуба размещена в емкости на дренирующей подложке с возможностью ее эксплуатации в режиме очистки в затопленном, полузатопленном или неподтопленном очищенной водой рабочем состоянии, а также с возможностью быстросменного перевода ее из режима очистки сточной воды в режим обезвоживания осадка, накопленного в режиме очистки,
- при эксплуатации в режиме очистки водослив отрегулирован на уровень очищенной воды в емкости, соответствующий выбранному рабочему состоянию геотубы,
- в том же режиме очистки запорное устройство на трубопроводе безнапорной подачи установлено в положение «открыто» с возможностью непрерывной подачи сточной воды в геотубу с равномерным заполнением внутреннего объема геотубы осадком и с равномерным выходом очищенной воды по всей поверхности геотубы в емкость,
- в том же режиме трубопровод отвода очищенной воды открыт с возможностью, в случае неподтопленного рабочего состояния геотубы, безнапорного отвода всей воды из емкости, а в случае затопленного или полузатопленного рабочего состояния геотубы отвода избытка воды, превышающего заданный уровень,
- при эксплуатации в режиме обезвоживания осадка запорное устройство на трубопроводе подачи сточной воды в геотубу установлено в положение «закрыто»,
- в том же режиме обезвоживания трубопровод отвода открыт для безнапорного или принудительного с помощью насоса полного отвода воды из емкости;
б) признаки, обеспечивающие получение технического результата в частных случаях:
- в блоке первичной очистки сточной воды в качестве емкости использована емкость из железобетона, полимерного или другого материала, пригодного для этой цели,
- при эксплуатации геотубы в неподтопленном состоянии использовано днище емкости или асфальтобетонная площадка или площадка с покрытием из другого материала, устойчивого к размыву, оснащенная дренирующей подложкой,
- секции блока первичной очистки воды выполнены с возможностью их попеременной работы в режиме очистки или в режиме обезвоживания,
- при количестве секций больше двух предпочтительна их последовательная эксплуатация как в режиме очистки, так и в режиме обезвоживания,
- блок первичной очистки пригоден для эксплуатации как с использованием реагентов, так и без них.
Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного технического результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков неизвестна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».
Заявленная установка очистки поверхностного стока, в отличие от установки по прототипу, проще, экономичнее и эффективнее за счет иного устройства блока первичной очистки стока.
Предложенный блок состоит из унифицированных, или одинаковых, автономно работающих секций, каждая из которых состоит всего из двух основных, компактно размещенных один в другом, элементов: многофункционального грязеемкого фильтра в виде крупноразмерной геотубы и емкости для размещения в ней геотубы в заданных условиях.
Геотуба представляет собой замкнутую фильтрующую оболочку из геотекстильного материала высокой прочности. До заполнения очищаемой водой она имеет вид плоского рукава с зашитыми торцами шириной от 2,4 до 14 м, длиной от 5 до 50 м. Функционально геотуба представляет собой тканевый фильтр сверхкрупной грязеемкости, который может вмещать от 10 до 3000 тонн осадка в виде дисперсной фазы в зависимости от его линейных размеров. При заполнении сточной водой геотуба в режиме фильтрации отдает наружу очищенную воду 100% (ста процентами) внешней поверхности, а внутри накапливает осадок.
Механизм эффективной очистки с помощью геотубы заключается в саморегулируемой равномерной гидравлической нагрузке с гидростатическим напором очищаемой воды на всю рабочую площадь геотубы, обусловленной безнапорной подачей сточной воды в геотубу, что исключает локальные перегрузки и, как следствие, проскок неочищенной воды. Оболочковая форма тубы обеспечивает усреднение состава очищаемой воды и сглаживание пиковых гидравлических нагрузок. Максимально допустимый гидростатический напор внутри геотубы не должен превышать 6,0 м водяного столба. Минимальный рабочий гидростатический напор, независимо от рабочего состояния геотубы (затопленная, полузатопленная или неподтопленная), должен составлять не менее 0,8 м водяного столба.
Эффективная и экономичная работа заявленной установки обусловлена возможностью учета местных условий высотной компоновки установки, отметки трубопровода подачи воды и объема воды поверхностного стока, позволяющих оптимизировать эксплуатацию блока первичной очистки выбором необходимого количества работающих секций и рабочего состояния геотубы.
Для обеспечения непрерывности работы установки количество секций в блоке первичной очистки должно быть не меньше двух для их попеременной работы в режиме очистки или в режиме обезвоживания. При количестве секций больше двух предпочтительна их последовательная эксплуатация как режиме очистки, так и в режиме обезвоживания.
В зависимости от высотного расположения подводящего и отводящего трубопроводов (перепада отметок на сооружении) возможны три рабочих состояния геотубы: при небольших перепадах до 1,5 м - затопленное, при перепадах от 1,5 до 3,5 м - полузатопленное и при больших перепадах более 3,5 м - неподтопленное очищенной водой рабочее состояние. Предельно допустимый уровень заполнения емкости очищенной водой для геотубы в конкретном рабочем состоянии задают с помощью водослива, избыток воды отводят в блок глубокой доочистки.
Геотубу можно эксплуатировать как с использованием реагентов, так и без них. Геотуба сама обеспечивает тесный контакт растворенных в очищаемой воде нефтепродуктов со всеми накапливаемыми ею полидисперсными примесями, склонными к адсорбции растворенных и эмульгированых нефтепродуктов: частицами глины, гумуса, пылеватого песка, бумаги, окурков, семян, травы и прочих растительных остатков, но при этом в состав очищаемого стока или непосредственно в геотубу можно загружать реагенты, например коагулянты, и/или флокулянты, или сыпучие сорбенты, например фрезерованный торф, опилки, полову, мякину, древесный уголь, минеральные сорбенты подобные цеолиту и известняку, разнообразные полимерные сорбенты, в том числе измельченные отходы производства дорогостоящих сорбционных фильтров и вспененные полимеры. При безреагентной подаче сточной воды эксплуатацию геотубы предпочтительнее осуществлять в затопленном состоянии. При очистке плавающие примеси всплывают, дисперсная фаза оседает, а отстоянная жидкая фаза отходит наружу в виде очищенной воды через геотубу и через наносной фильтр, сформировавшийся из осевшей дисперсной фазы и всплывших примесей. При обработке сточной воды осаждающими реагентами - флокулянтом, коагулянтом или их комбинацией - в дисперсную фазу и в плавающие примеси переходят некоторые растворенные вещества: фосфаты, органические соединения азота и фосфора, нефтепродукты, коллоидные минеральные и органические вещества. Отстоянная жидкая фаза, проходя через наносной фильтр, очищается от коллоидных загрязняющих веществ, подвергается денитрификации, а при наличии в сточной воде растворенного кислорода нитрификацияи и микробиологическому окислению органических загрязнений.
Установка для очистки поверхностного стока с использованием геотуб в блоке первичной очистки существенно упрощает схему очистных сооружений ливневой канализации. Она экономически эффективна, так как позволяет отказаться от применения мусорозадерживающих решеток, песколовок, нефтеловушек, отстойников и предоставляет возможность глубокого обезвоживания накопленного осадка без дополнительных затрат на его извлечение и перемещение и на использование специальных установок по обезвоживанию.
Каждая геотуба выполняет функции всех перечисленных функционально обособленных конструктивных элементов. Так она позволяет исключить из установки по прототипу последовательно расположенные сгуститель, гидроциклон, сепаратор, каждый с отдельной системой трубопроводов и связей, а также систему удаления сгущенной фазы, связанную со сгустителем блока первичной обработки воды и с приспособлением для выгрузки обезвоженного осадка.
Заявленная установка дешевле с точки зрения производства, требует минимальных затрат времени на монтаж и демонтаж, надежна в эксплуатации.
Известно устройство для очистки дна изолированного водоема со стоячей водой над слоем слежавшегося ила, например дна пруда или лагуны, включающее драгу с рыхлителем, пульпопровод с насосом, геотубу, дренажную площадку для размещения геотубы, а также трубопровод напорной подачи в геотубу осадка в виде пульпы, искусственно приготовленной из ила (US 7005064, МПК C02F 11/12, опубл. 28.02.2006).
Известное устройство предназначено для скоростного принудительного удаления природного и антропогенного осадка со дна водоема. Геотуба как грязеемкий фильтр использована в качестве фильтра-контейнера для обезвоживания и накапливания осадка с возвратом в водоем воды, частично очищенной от механических примесей ввиду напорной подачи исходной пульпы. Известное устройство безразлично к качеству сбрасываемой воды. Оно не пригодно для очистки воды проточного ливневого стока от всех содержащихся в нем загрязняющих веществ, включающих нефтепродукты.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлено устройство блока первичной очистки заявленной установки на примере блока, состоящего из трех секций, вид в плане, на фиг. 2 показано устройство секции указанного блока в режиме очистки с геотубой в затопленном состоянии, продольный разрез, на фиг. 3 - то же, что и на фиг. 2, с геотубой в полузатопленном состоянии, продольный разрез, на фиг. 4 - то же, что и на фиг. 2, с геотубой в неподтопленном состоянии, продольный разрез, на фиг. 5 - устройство секции в режиме обезвоживания осадка, накопленного в геотубе, продольный разрез.
Установка для очистки поверхностного стока включает водосточный коллектор и распределительную камеру (не показаны), блок первичной очистки воды от дисперсных частиц и нефтепродуктов (фиг. 1) и блок глубокой доочистки.
Блок первичной очистки состоит из унифицированных, автономно функционирующих секций 1.
Каждая секция 1 содержит крупноразмерную геотубу 2, представляющую собой многофункциональный грязеемкий фильтр замкнутой оболочковой формы, способный обеспечить как очистку, так и обезвоживание осадка, и емкость 3, соразмерную геотубе 2, предназначенную для размещения геотубы 2 (фиг. 1-5).
Геотуба 2 любой секции 1 сообщена с трубопроводом 4 безнапорной подачи сточной воды на очистку, оснащенным запорным устройством 5. Емкость 3 сообщена с трубопроводом 6 отвода очищенной воды в блок 7 глубокой доочистки воды (фиг. 1).
Емкость 3 снабжена насосом (не показан), водосливом 8, обеспечивающим заданный уровень воды в ней, и дренирующей подложкой 9, уложенной на ее днище 10.
Трубопровод 6 сообщен с емкостью 3 на уровне ее днища 10 (фиг. 2-5).
Геотуба 2 размещена в емкости 3 на подложке 9 в горизонтальном положении с возможностью ее эксплуатации в режиме очистки сточной воды 11 и в режиме обезвоживания осадка 12. В режиме очистки подачу сточной воды 11 внутрь нее осуществляют по трубопроводу 4 с накапливанием осадка 12 внутри нее и отводом очищенной воды 13 наружу со всей ее поверхности 14 в емкость 3 (фиг. 2-4). В режиме обезвоживания осадка 12 отвод остаточной очищенной воды 13 и высушивание осадка 12 до тугопластичной или рассыпчатой консистенции осуществляют при отключенном трубопроводе 4 (фиг. 5).
В режиме очистки геотуба 2 находится в затопленном (фиг. 2), в полузатопленном (фиг. 3) или в неподтопленном (фиг. 4) очищенной водой 13 рабочем состоянии с предельно допустимым уровнем 15 ее затопления или неподтопления очищенной водой 13, заданным с помощью водослива 8, и с отводом избытка воды 13 в блок 7 глубокой доочистки.
Перевод геотубы 2, заполненной уплотненным осадком 12, в режим обезвоживания осуществляют путем перекрытия трубопровода 4 запорным устройством 5 и полного безнапорного или принудительного отвода очищенной воды 13 из емкости 3 по трубопроводу 6 в блок 7 глубокой доочистки или в водоприемник при перегрузке или неполадках блока 7.
В неподтопленном рабочем состоянии геотубу 2 можно размещать на площадке (не показана). Под площадкой следует понимать участок в пределах одной секции 1, соразмерный геотубе 2, имеющий устойчивое к размыву водой покрытие, например асфальтобетонное, и размещенную на покрытии, дренирующую подложку.
Установка работает следующим образом.
Сточная вода 11 поверхностного стока через коллектор и распределительную камеру безнапорной подачей поступает в секцию 1 блока первичной очистки, где она по трубопроводу подачи 4 поступает в геотубу 2, размещенную в емкости 3, например, в железобетонном резервуаре. Предпочтительно устройство обгонного коллектора, куда сбрасывают из распределительной камеры сверхнормативные и условно чистые стоки.
При эксплуатации в режиме очистки сточной воды 11 и до перевода в режим обезвоживания накопленного осадка 12 геотуба 2 в затопленном состоянии полностью погружена в воду 13; в полузатопленном состоянии она погружена до заданного уровня, в неподтопленном состоянии она не должна быть погружена в воду 13, причем последняя, не накапливаясь, должна стекать по всей внешней поверхности 14 геотубы 2 на дренирующую подложку 9 емкости 3 или площадки (не показана) и непрерывно отводиться без подтопления геотубы 2 снизу.
Геотубу 2, заполненную осадком 12 на 50-75%, переводят в режим обезвоживания путем отключения подачи сточной воды 11 запорным устройством 5 трубопровода 4 и опорожнения емкости 3 безнапорным отводом воды 13 в самотечном режиме или с помощью насоса. По достижении осадком 12 тугопластичной или рассыпчатой консистенции геотубу 2 вскрывают, обезвоженный осадок 12 извлекают и транспортируют к месту переработки или размещения. Одноразовую геотубу 2 утилизируют в качестве вторичного полимера, многоразовую регенерируют посредством высоконапорной промывки.
Опытном путем установлено, что эффективность очистки поверхностного стока селитебных территорий в геотубах с размером фильтрующих пор от 180 до 220 мкм без применения кондиционирующих реагентов по взвешенным веществам составляет порядка 87%, по нефтепродуктам - более 45%, при применении коагулянтов и/или флокулянтов - по взвешенным веществам от 96% до 99,9%, по нефтепродуктам - от 78% до 86%.
Заявленную установку создают в условиях городского хозяйства строительные организации.