УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД
NATURAL WATER AND EFFLUENTS TREATMENT PLANT

Изобретение относится к области технологии очистки природных и сточных вод от коллоидно-дисперсных примесей неорганического и органического происхождения, определяющих избыточные мутность, цветность и нестандартные органолептические показатели воды. Установка относится к группе электрохимических очистителей воды.
Предлагаемая установка может быть использована для водоснабжения населенных пунктов, для группы коттеджей, на базах отдыха, кораблях, а также применяться в чрезвычайных ситуациях.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды (RU, патент № 2203226, C0F 1/463, C02F 1/465), содержащее флотационную камеру, электролизер с пакетом растворимых электродов, установленный непосредственно под флотационной камерой, и фильтр. Дно флотационной камеры выполнено плоским с отверстием, которое совмещено с выходным отверстием электролизера, при этом фильтр, выполненный в форме вертикальной фильтрованной перегородки, расположен вдоль стенок флотационной камеры на расстоянии не менее 5 мм, образуя с ее стенками закрытую полость для отведения очищенной воды и вывода через отверстие, выполненное в стенке флотационной камеры, другое отверстие выполнено в крышке флотационной камеры для сброса образующихся газов и шлама.
Недостатками этого устройства является низкая производительность, потребление большего количества электроэнергии, затрудненность в изготовлении и эксплуатации устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому нами изобретению является устройство для очистки сточных вод (RU, патент № 2317949, C02F 1/463, 01.2006), выбранное в качестве прототипа.
Данное устройство состоит из электрокоагулятора с электродной системой, имеющего выход обрабатываемой воды под электродной системой, осветлителя и фильтра, и оснащенное трубопроводом подачи сточных вод в электрокоагулятор и трубопроводом отвода чистой воды из фильтра. В данном устройстве также имеется камера коагуляции, расположенная в осветлителе, при этом электрокоагулятор размещен внутри камеры коагуляции в ее верхней части, а в средней части камеры коагуляции размещена система перемешивания обрабатываемой воды. Все перечисленное указывает на усложнение технологического процесса, продолжительный временной период прохождения обрабатываемой воды и сравнительно малую производительность.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы установки за счет сокращения времени для очистки природных и условно чистых сточных вод от коллоидно-дисперсных примесей неорганического и органического происхождения, исключения потребления сетевой электроэнергии с заменой на получаемую электроэнергию от солнечной тепловой энергии.
Поставленная задача достигается тем, что установка очистки природных и сточных вод включает электрокоагулятор с электродной системой, контактный фильтр, трубопровод подачи исходной воды, трубопровод отвода фильтрованной воды и трубопровод промывной воды. Электрокоагулятор с электродной системой, выполненной из алюминиевых пластин, встроен в верхнюю часть корпуса контактного фильтра, состоящего из двухслойной загрузки, в качестве верхнего слоя используют опоки дробленные модифицированные марки ОДМ-2Ф, крупностью зерен 2,3-3,5 мм, высота слоя составляет 600-700 мм, а в качестве нижнего слоя - кварцевый песок с крупностью зерен 0,7-1,5 мм, высотой также 600-700 мм, причем электрокоагулятор связан с источником питания, представляющим собой фотоэлектрический модуль.
Объединение электрокоагулятора и контактного фильтра в один корпус позволяет последовательно выполнять два технологических процесса: электродестабилизацию удаляемых из воды частиц загрязняющих ее примесей и контактную коагуляцию-фильтрацию (хлопьеобразование и осветление). Предусмотрена замена электроэнергии от электросети на получаемую от фотоэлектрического модуля.
Достижение указанного технического результата стало возможным за счет электродестабилизации, а не от электрокоагуляции, как в прототипе.
Кроме того, отличие состоит в следующем: при электрокоагуляции на электрокоагулятор подается электрический ток соответствующих параметров способный не только дестабилизировать систему находящихся в воде частиц примесей, но и способствующих увеличить размеры их, т.е. хлопьеобразованию-коагуляции. При электродестабилизации подается меньшее количество электроэнергии, необходимое лишь для самой начальной стадии дестабилизации системы находящихся в воде частиц примесей. Непосредственно процесс коагуляции протекает в контактном фильтре в режиме контактной коагуляции.
Использование контактного фильтра позволяет уменьшить расход коагулирующего реагента (А1), уменьшить габаритные размеры и отказаться от ряда промежуточных технологических процессов (смешения, хлопьеобразования и осветления). Поскольку временной период попадания дестабилизированной исходной воды должен быть минимальным, поэтому электрокоагулятор был встроен в верхнюю часть корпуса контактного фильтра. Вода проходит через пакет электродов и мгновенно поступает в контактную загрузку, где осуществляется интенсивная контактная коагуляция и глубокое удаление загрязняющих примесей из обрабатываемой воды.
2
Электрокоагулятор, работающий в режиме электродестабилизации, состоит из пластинчатых алюминиевых электродов, подключенных к фотоэлектрическому модулю с помощью контрольного электрощита, обеспечивающего возможность подачи на электроды напряжения 20 В, силу тока 0,7-1,5 мА/см и смену полярности электродов в течение не менее 30 с.
В предлагаемой установке сразу же после электродестабилизации системы частиц, загрязняющих обрабатываемую воду, она поступает в зернистую загрузку контактного двухслойного фильтра. В качестве верхнего слоя используются опоки дробленные модифицированные марки ОДМ-2Ф, отличающиеся повышенными сорбционными свойствами. Крупность зерен 2,3-3,5 мм (сертификат соответствия №РОСС RU. ПВО3, НОО859; санитарно-эпидемиологическое заключение №66.01.15.216.11.000102.08.02; патент на изобретение №2141374 «Способ получения сорбента» по заявке №98122486 от 15.12.1998 г). В качестве нижнего слоя - кварцевый песок с крупностью зерен 0,7-1,5 мм. Использование солнечной энергии позволяет отнести предлагаемое изобретение к числу высокоэнергосберегающим установкам очистки природных и условно чистых сточных вод.
Сравнивая предлагаемую электро-контактнокоагуляционную установку с прототипом, возможно отметить следующее:
- уменьшение расхода дозы алюминия 40-47%;
3
3
3
3
- для электрокоагуляции потребление сетевой электроэнергии составляет (в среднем) 12 кВт-ч/м, что составляет 37,5 руб. на 1 м воды, при работе электро-контактнокоагуляционной установки очистки воды от сетевой электроэнергии 2 кВт-ч/м, что составляет 6,3 руб. на 1 м воды, стоимость электроэнергии по состоянию на сентябрь 2010 г. - 3,125 руб. за 1 кВт потребленной электроэнергии. Затрата электроэнергии на работу установки с фотоэлектрическим модулем составляет 0 руб.;
- сокращение срока полного цикла водообработки, в среднем, на 3-4 часа;
- более компактное инженерное оформление (отсутствие необходимости после коагуляционной обработки последующего отстаивания воды в осветлителях со слоем взвешенного осадка);
- простота автоматизации контроля и управления процессом очистки и воды.
На графическом материале приведена схема предлагаемой установки.
Установка очистки природных и сточных вод содержит: трубопровод подачи исходной воды 1, распределительную насадку 2, трубопровод отвода промывной воды 3, электрокоагулятор 4, контактный фильтр, состоящий из двухслойной загрузки - верхний слой ОДМ-2Ф 5 и нижний слой - кварцевый песок 6, трубопровод отвода фильтрованной воды 7, контрольный электрощит 8, который является связующим звеном между электрокоагулятором и фотоэлектрическим модулем, состоящим из блока бесперебойного питания 9, системы аккумуляторов 10, контроллера заряда 11, солнечной батареи 12.
Установка работает следующим образом.
Природную воду подают сверху вниз по трубопроводу подачи исходной воды 1 через распределительную насадку 2 сразу на электрокоагулятор 4, где происходит электродестабилизация органических загрязнений. Режим работы электрокоагулятора подбирается согласно качеству исходной воды. Дестабилизированные органические и неорганические соединения поступают сразу в верхний слой загрузки контактного фильтра 5, где происходит контактная коагуляция указанных загрязнений. Окончательное фильтрование происходит во втором слое загрузки 6, и по трубопроводу 7 производится отвод фильтрованной воды.
Промывка контактного фильтра проводится следующим образом: по трубопроводу 7 подается промывочная вода, которая отводится из установки трубопроводом 3. Как упоминалось ранее, сущность предлагаемого изобретения заключается в замене традиционного питания от электросети на электроэнергию, получаемую с помощью фотоэлектрического модуля.
Установка для условно чистых сточных вод работает в аналогичном режиме, как и для поверхностных вод.
Фотоэлектрический модуль работает следующим образом: солнечная батарея 12 генерирует солнечную тепловую энергию в электрическую и подает ее на контроллер заряда 11, который контролирует подаваемую электроэнергию в систему аккумуляторов 10, блок бесперебойного питания 9 выполняет функцию слежения за изменениями напряжения, подаваемого на контрольный электрощит 8.
Фотоэлектрический модуль позволяет обеспечить бесперебойную работу установки очистки природных и сточных вод в разное время суток.