Устройство для очистки сточных вод

Полезная модель относится к области обработки и очистки промышленных, поверхностных и хозяйственно-бытовых сточных вод от различных загрязнений (взвешенных веществ, нефтепродуктов, тяжелых металлов, органических соединений и проч.), в частности к устройствам для очистки воды электрокоагуляцией, и может быть использована на промышленных предприятиях различных отраслей деятельности.
Известно устройство для очистки сточных вод (Патент RU2317949 на изобретение, C02F1/463, заявл. 15.02.2006, опубл. 27.02.2008). Устройство включает корпус, внутри которого выполнен осветлитель с патрубком слива осадка, расположенным в нижней части, камера коагуляции с коагулятором и выходная камера с фильтром и выходным патрубком. В камере коагуляции на выходе коагулятора, который соединен с входным патрубком, размещено средство перемешивания очищаемой воды. Осветлитель сообщается с выходной камерой.
Известное техническое решение, выбранное в качестве прототипа, обладает относительно низкой эффективностью очистки сточных вод. Это обусловлено возникновением конвективных потоков вследствие смешения потоков воды с различной температурой и степенью дисперсности загрязняющих веществ при попадании из камеры коагуляции в осветлитель. Появление конвективных потоков приводит к турбулизации потока очищаемой воды в осветлителе (т.е. возникновению хаотичности движения потока), что, в свою очередь, обусловливает разрушение коагулированных структур загрязняющих веществ. В результате этого снижается седиментация (осаждение) загрязняющих веществ, а следовательно, и эффективность очистки сточных вод.
Технической проблемой является создание устройства, характеризующегося высокой эффективностью очистки сточных вод.
Технический результат заключается в снижении турбулентности потока очищаемой сточной воды в осветлителе.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки сточных вод, включающем корпус с входным патрубком, выходным патрубком и патрубком слива осадка, внутри которого выполнена камера коагуляции с выходным отверстием, осветлитель, сообщающийся с указанной камерой через упомянутое отверстие, и выходная камера с фильтром, сообщающаяся с осветлителем, при этом в камере коагуляции установлен коагулятор, соединенный с входным патрубком, патрубок слива осадка выполнен в нижней части осветлителя, а выходной патрубок выполнен в выходной камере, согласно полезной модели в осветлителе установлен по меньшей мере один делитель потока со сквозными ячейками. В частном случае реализации каждая ячейка делителя потока имеет многоугольное поперечное сечение, стенки ячеек делителя потока выполнены наклонными.
Установка в осветлителе по меньшей мере одного делителя потока со сквозными ячейками обеспечивает дробление конвективных потоков, образующихся на выходе из камеры коагуляции, и их локализацию в ячейках указанного элемента. Ограничение раздробленных потоков очищаемой воды стенками ячеек делителя потока приводит к ламиниризации указанных потоков, что, в свою очередь, позволяет исключить разрушение коагулированных структур загрязняющих веществ. В результате увеличивается седиментация загрязняющих веществ и, как следствие, повышается эффективность очистки сточных вод. Выполнение каждой ячейки делителя потока с многоугольным поперечным сечением в частных случаях использования устройства (например, при большой концентрации взвешенных веществ в воде) дополнительно способствует снижению турбулентности за счет эффективной ламиниризации раздробленных потоков воды в ячейках сложной формы и соответственно увеличению эффективности очистки сточных вод. Выполнение стенок ячеек наклонными в частных случаях использования устройства (например, при очистке воды с большими по размеру коагулированными структурами, обладающими хорошей адгезией (ПАВ, жиры)) обеспечивает постоянство процесса ламиниризации раздробленных потоков за счет исключения зашламления ячеек налипшими к их стенкам коагулированными структурами и способствует эффективной ламиниризации указанных потоков воды за счет изменения направления их движения. Все это повышает эффективность очистки сточных вод.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для очистки сточных вод с одним делителем потока (фронтальный разрез), на фиг. 2 - устройство для очистки сточных вод с двумя делителями потока (фронтальный разрез), на фиг. 3 - устройство для очистки сточных вод с четырьмя делителями потока (фронтальный разрез), на фиг. 4 – делитель потока с квадратными ячейками, образованный соединенными посредством задвижных пазов пластинами (аксонометрическая проекция), на фиг. 5 – вид на делители потока сверху, иллюстрирующий вариант выполнения делителей потока, которые устанавливаются друг на друга, при этом места пересечения стенок ячеек каждого последующего делителя потока смещены относительно мест пересечения стенок ячеек предыдущего делителя потока.
Устройство для очистки сточных вод включает корпус 1. Внутри корпуса 1 выполнена камера 2 коагуляции с выходным отверстием 3, осветлитель 4, сообщающийся с камерой 2 коагуляции через отверстие 3, и выходная камера 5 с фильтром 6, сообщающаяся с осветлителем 4 через трубопровод 7 (фиг. 1-3).
В камере 2 коагуляции, расположенной в верхней части осветлителя 4, размещен коагулятор 8, содержащий систему электродов и связанный с источником питания (не показаны). Устройство для очистки сточных вод может дополнительно содержать средство 9 перемешивания очищаемой сточной воды, расположенное на выходе коагулятора 8. Коагулятор 8 соединен с входным патрубком 10, связанным трубопроводом (не показан), например, с промышленным оборудованием предприятия. Средство 9 перемешивания очищаемой сточной воды представляет собой несколько перфорированных труб (не показаны), соединенных с внешним источником 11 подачи сжатого воздуха (например, компрессор). Трубы могут быть выполнены, например, металлическими или пластиковыми. Средство 9 перемешивания очищаемой сточной воды может быть выполнено, например, в виде вибрирующей решетки или системы вращающихся лопастей.
В осветлителе 4 размещен делитель потока 12 со сквозными ячейками 13, имеющими квадратное поперечное сечение (фиг. 1). Устройство для очистки сточных вод может также содержать, например, два, три или четыре делителя потока (фиг. 2, 3). Ячейки 13 могут иметь многоугольное поперечное сечение, например треугольное, пятиугольное и проч., и могут быть образованы, например, пересекающимися под различными углами поставленными на ребро пластинами, выполненными, например, из пластика или металла и соединенными, например, посредством задвижных пазов или сваркой (фиг. 4, 5). Делители потока 12 могут быть установлены друг на друга таким образом, что места пересечения стенок ячеек каждого последующего делителя потока смещены относительно мест пересечения стенок ячеек предыдущего делителя потока на расстояние, которое рассчитывается исходя из возможности обеспечения максимальной ламиниризации потока воды с конкретными параметрами загрязненности. Количество делителей потока, их высота, а также особенности расположения относительно друг друга могут быть различными и зависят от параметров очищаемой сточной воды (вида, химического состава и концентрации загрязняющих веществ в воде, а также разницы температуры поступающей воды и температуры воды в осветлителе).
В нижней части осветлителя 4 выполнен патрубок 14 слива осадка, соединенный трубопроводом (не показан) с канализацией.
В выходной камере 5 выполнен выходной патрубок 15, соединенный трубопроводом (не показан), например, со следующим технологическим блоком очистки предприятия. В качестве фильтра 6 может быть использован, например, угольный фильтр.
2
Заявленное устройство работает следующим образом. Загрязненные сточные воды от промышленного оборудования по трубопроводу поступают в камеру 2 коагуляции устройства. Одновременно с этим на электроды коагулятора 8 подается электрический ток малой плотности (до 25 А/м), в результате чего происходит растворение анодов и, как следствие, коагуляция загрязняющих веществ в мелкие хлопья. На выходе из коагулятора 8 очищаемая вода с мелким хлопьями коагулированных структур перемешивается средством 9 перемешивания очищаемой сточной воды, в результате чего происходит образование крупных хлопьев. Далее через выходное отверстие 3 камеры 2 коагуляции очищаемая вода с крупными хлопьями попадает в осветлитель 4, температура воды в котором отличается от температуры вновь поступающей воды из камеры 2 коагуляции. В результате смешивания воды с различной температурой возникают конвективные потоки, которые дробятся и локализуются в ячейках 13 делителя потока 12. Раздробленные таким образом потоки очищаемой воды с крупными хлопьями коагулированных структур приобретают упорядоченное однонаправленное движение, в результате чего происходит осаждение упомянутых структур в нижнюю часть осветлителя 4. По мере накопления в осветлителе 4 осадок периодически выводится через патрубок 14 слива осадка в канализацию. Прошедшая через ячейки 13 делителя потока 12 очищаемая вода по трубопроводу 7 поступает в выходную камеру 5 с фильтром 6, который удаляет мелкие примеси. Из выходной камеры 5 окончательно очищенная вода выводится по трубопроводу, например, на следующий блок технологической очистки.
Заявленное устройство для очистки сточных вод иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Производилась очистка отработанной воды участка мойки автотранспорта. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация взвешенных веществ - 234 мг/л, нефтепродуктов - 68 мг/л; температура - 20˚С. Для очистки сточной воды участка мойки автотранспорта использовалось устройство с одним делителем потока (фиг. 1). Ячейки делителя потока имели квадратное сечение, размер каждой ячейки – 30*30*30 мм. Температура сточных вод в осветлителе - 18˚С. Время работы устройства – 12 часов. На выходе заявленного устройства после стандартной доочистки фильтрованием концентрация взвешенных веществ составляла 10 мг/л, нефтепродуктов – 4 мг/л, что соответствует действующим нормативам для сброса в систему городской канализации.
Пример 2
Производилась очистка отработанной воды участка мойки автотранспорта. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация взвешенных веществ - 320 мг/л, нефтепродуктов - 143 мг/л; температура - 20˚С. Для очистки сточной воды участка мойки автотранспорта использовалось устройство с одним делителем потока (фиг. 1). Ячейки делителя потока имели квадратное сечение, размер каждой ячейки – 30*30*30 мм. Температура сточных вод в осветлителе - 18˚С. Время работы устройства – 8 часов. На выходе заявленного устройства после стандартной доочистки фильтрованием концентрация взвешенных веществ составляла 105 мг/л, нефтепродуктов – 45 мг/л. Для повышения эффективности очистки воды было установлено два делителя потока друг на друга таким образом, что места пересечения стенок ячеек верхнего делителя потока смещены относительно мест пересечения стенок ячеек нижнего делителя потока на 30 мм. Время работы устройства – 8 часов. На выходе заявленного устройства после стандартной доочистки фильтрованием концентрация взвешенных веществ составляла 12 мг/л, нефтепродуктов – 5 мг/л.
Пример 3
Производилась очистка отработанной воды гальванического производства. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация тяжелых металлов - 500 мг/л, нефтепродуктов - 183 мг/л, температура - 35˚С. Для очистки сточной воды гальванического производства использовалось устройство с двумя делителями потока (фиг. 3). Ячейки каждого делителя потока имели квадратное сечение, стенки были вертикальными, а размер каждой ячейки – 30*30*30 мм. При этом делители потока были установлены таким образом, что места пересечения стенок ячеек одного делителя потока были смещены относительно мест пересечения стенок ячеек другого делителя потока на половину длины и ширины ячеек. Температура сточных вод в осветлителе - 20˚С. Время работы устройства – 12 часов. В первые часы работы устройства показатели очищенной воды находились в пределах допустимых норм (концентрация тяжелых металлов - 100 мг/л, нефтепродуктов - 195 мг/л). Однако через 3-4 часа работы устройства отмечалось снижение эффективности очистки сточных вод (выходные показатели упали до 150 мг/л и 85 мг/л соответственно), что было обусловлено зашламлением ячеек и выносом шлама из осветлителя в выходную камеру. Для устранения этого была произведена замена двух делителей потока с квадратными ячейками на четыре делителя потока с пятиугольными ячейками (все стороны ячеек по 50 мм, высота 50 мм) и наклонными под углом 45˚ к горизонтали стенками (фиг. 2). При этом установка делителей потока была произведена таким образом, что места пересечения стенок ячеек одного делителя потока смещены относительно мест пересечения стенок ячеек другого делителя потока на одну четверть размера стороны ячейки (на 12 мм). В результате на выходе заявленного устройства показатели очищенной воды значительно улучшились: концентрация тяжелых металлов - 50 мг/л, нефтепродуктов - 23 мг/л.
Пример 4
Производилась очистка отработанной воды мясоперерабатывающего предприятия. Сточная вода характеризовалась следующими показателями: начальная концентрация жиров - 1000 мг/л, нефтепродуктов - 250 мг/л, взвешенных веществ – 2100 мг/л, температура - 25˚С. Для очистки сточной воды мясоперерабатывающего предприятия использовалось устройство с тремя делителями потока. Ячейки каждого делителя потока имели треугольное сечение, размер каждой грани ячейки составлял 20 мм, высота граней – 40 мм. При этом делители потока были установлены таким образом, что места пересечения стенок ячеек предыдущего делителя потока были смещены относительно мест пересечения стенок ячеек следующего делителя потока на треть размера грани ячейки. Температура сточных вод в осветлителе - 18˚С. На выходе заявленного устройства после стандартной доочистки фильтрованием показатели очищенной воды соответствовали допустимым нормам рыбохозяйственного водоема 1 категории и были следующими: концентрация жиров - 50 мг/л, нефтепродуктов – 0,05 мг/л, взвешенных веществ – 3 мг/л.
Таким образом, заявленные конструктивные особенности устройства обеспечивают при очистке сточных вод с различной степенью загрязнения получение чистой воды, показатели которой соответствуют требуемым в области применения нормативам.