СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ОБОРОТНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2006 года по МПК B01D21/00 C02F1/34 C02F1/74 B06B1/00 

Изобретение относится к области физики и может быть использовано: для очистки и обеззараживания сточных вод горнорудных предприятий - в интересах экологии; в процессе обогащения полезных ископаемых для снижения технологических потерь за счет повышения промывочных свойств оборотной воды - в интересах рационального природопользования; для водоподготовки и обеззараживания питьевой воды - в интересах здоровья населения и т.д.

Технический результат предложенного способа заключается в эффективной очистке и обеззараживании оборотных и сточных вод относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в том числе при неблагоприятных погодно-климатических условиях.

Способ реализуется следующим образом.

В отстойнике, являющемся главным водным резервуаром, находится оборотная и сточная вода, содержащая, в общем случае, крупнодисперсные частицы размером l_кд более 500 мкм и массой m_кд, среднедисперсные частицы размером l_сд от 50 мкм до 500 мкм и массой m_сд, мелкодисперсные частицы размером l_мд менее 50 мкм и массой m_мд, а также микроорганизмы, связанные с попаданием в отстойник по грунту и непосредственно через грунт природной воды, обусловленной выпадением осадков, таянием снега и т.д. В большом объеме неподвижной воды, за длительное время и при благоприятных погодно-климатических условиях под воздействием силы тяжести С_сд крупнодисперсные частицы практически полностью выпадают в осадок, а под воздействием силы тяжести G_сд среднедисперсные частицы частично выпадают в осадок. Силы же тяжести G_мд недостаточно для того, чтобы мелкодисперсные частицы выпали в осадок, поэтому основная их масса находится во взвешенном состоянии.

С помощью первого генератора звукового диапазона (ЗД) частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_зд1. В первом усилителе мощности ЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи первого ненаправленного излучателя ЗД частот, установленного в центре отстойника для оборотных и сточных вод - его ненаправленное излучение на частоте F_зд1 в течение времени T₁. В оборотной и сточной воде отстойника формируется бегущая акустическая волна (БАВ) интенсивностью I_зд1 и длиной волны λ_зд1. В течение дальнейшего времени Т₂, более продолжительного, чем время T₁, и на несколько порядков меньшего, чем время естественного отстаивания оборотной и сточной воды в отстойнике для оборотных и сточных вод, излучения сигнала на частоте F_зд1 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов за значительно более короткое время, чем время естественного отстаивания оборотной и сточной воды в отстойнике.

С помощью первого генератора верхнего звукового диапазона (ВЗД) частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_взд1. В первом усилителе мощности ВЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи первого ненаправленного излучателя ВЗД частот, установленного в центре отстойника для оборотных и сточных вод и над первым ненаправленным излучателем ЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_взд1 в течение времени Т₃. В оборотной и сточной воде отстойника формируется БАВ интенсивностью I_взд1 и длиной волны λ_взд1. В течение дальнейшего времени Т₄, более продолжительного, чем время Т₃, излучения сигнала на частоте F_вдд1 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы различной дисперсности, коагулянтов.

С помощью первого генератора ультразвукового диапазона (УЗД) частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_узд1. В первом усилителе мощности УЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи первого ненаправленного излучателя УЗД частот, установленного в центре отстойника для оборотных и сточных вод и над первым ненаправленным излучателем ВЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_узд1 в течение времени Т₅. В оборотной и сточной воде отстойника формируется БАВ интенсивностью I_узд1 и длиной волны λ_узд1. В течение дальнейшего времени Т₆, более продолжительного, чем время Т₅, излучения сигнала на частоте F_удд1 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных, чем исходные частицы, коагулянтов.

Таким образом, в отстойнике для оборотных и сточных вод под воздействием БАВ ЗД, ВЗД и УЗД частот происходит ее полная очистка от крупнодисперсных и среднедисперсных частиц, а также практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов. При этом суммарное время T₁ - Т₆ составляет 24 часа.

В процессе работы технического сооружения, в качестве которого может быть использован шлюзовой комплекс горнодобывающего предприятия и др., оборотная и сточная вода из отстойника посредством водовода непрерывно подается на его вход и используется в производственном цикле. При этом эффективность работы технического сооружения во многом зависит, особенно в условиях относительно низкой температуры окружающего воздуха и др., от промывочных свойств оборотной воды. Сточная вода, содержащая, в общем случае, крупнодисперсные, среднедисперсные и мелкодисперсные частицы, а также микроорганизмы, с выхода технического сооружения посредством водовода непрерывно подается в первый дополнительный отстойник. Одновременно с этим в первый дополнительный отстойник, как и во все другие, попадает природная вода, содержащая крупнодисперсные, среднедисперсные и мелкодисперсные частицы, а также микроорганизмы. Одновременно с этим в первый дополнительный отстойник, через дренажную систему и систему естественной аэрации оборотных и сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, из отстойника для оборотных и сточных вод сбрасывается часть оборотных и сточных вод.

Таким образом, первый дополнительный отстойник является более проточным водным резервуаром, по отношению к отстойнику для оборотных и сточных вод. В этой связи за менее длительное время действия, по отношению к аналогичному параметру для отстойника для оборотных и сточных вод, силы тяжести G_кд крупнодисперсные частицы лишь частично выпадают в осадок. Сил тяжести G_сд и G_мд недостаточно для того, чтобы среднедисперсные и мелкодисперсные частицы, соответственно, выпадали в осадок, поэтому основная их масса находится во взвешенном состоянии.

С помощью генератора низкого звукового диапазона (НЗД) частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_нзд. В усилителе мощности НЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи ненаправленного излучателя НЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника для сточных вод - его ненаправленное излучение на частоте F_нзд в течение времени Т₇. В сточной воде формируется БАВ интенсивностью I_нзд и длиной волны λ_нзд. В течение дальнейшего времени T₈, более продолжительного, чем время Т₇, и на несколько порядков меньшее, чем время естественного отстаивания сточной воды в первом дополнительном отстойнике, излучения сигнала на частоте F_нзд не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов за значительно более короткое время, чем время естественного отстаивания сточной воды в отстойнике.

С помощью второго генератора ЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_зд2. Во втором усилителе мощности ЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи второго ненаправленного излучателя ЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника для сточных вод над ненаправленным излучателем НЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_зд2 в течение времени Т₉. В сточной воде первого дополнительного отстойника формируется БАВ интенсивностью I_зд2 и длиной волны λ_зд2. В течение дальнейшего времени Т₁₀, более продолжительного, чем время Т₉, и на несколько порядков меньшего, чем время естественного отстаивания сточной воды в первом дополнительном отстойнике, излучения сигнала на частоте F_зд2 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов за значительно более короткое время, чем время естественного отстаивания сточной воды в отстойнике.

С помощью второго генератора ВЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_взд1. Во втором усилителе мощности ВЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи второго ненаправленного излучателя ВЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника для сточных вод и над вторым ненаправленным излучателем ЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_взд2 в течение времени Т₁₁. В сточной воде первого дополнительного отстойника формируется БАВ интенсивностью I_взд2 и длиной волны λ_взд2. В течение дальнейшего времени Т₁₂, более продолжительного, чем время Т₁₁, излучения сигнала на частоте Р_вдд2 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью второго генератора ультразвукового диапазона (УЗД) частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_узд2. Во втором усилителе мощности УЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи второго ненаправленного излучателя УЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника для оборотных и сточных вод и над вторым ненаправленным излучателем ВЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_узд2 в течение времени Т₁₃. В сточной воде первого дополнительного отстойника формируется БАВ интенсивностью I_узд2 и длиной волны λ_узд2. В течение дальнейшего времени Т₁₄, более продолжительного, чем время Т₁₃, излучения сигнала на частоте F_узд2 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов. Таким образом, в первом дополнительном отстойнике для сточных вод под воздействием БАВ НЗД, ЗД, ВЗД и УЗД частот происходит ее полная очистка от крупнодисперсных частиц, практически полная очистка от среднедисперсных частиц и частичная очистка от мелкодисперсных частиц. При этом суммарное время Т₇ - T₁₄ также, как и время T₁ - Т₇, составляет те же 24 часа.

В дальнейшем сточная вода из первого дополнительного отстойника, через дренажную систему и систему естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, равномерно поступает во второй дополнительный отстойник, являющийся более проточным водным резервуаром, по отношению к отстойнику для оборотных и сточных вод. В этой связи при отсутствии акустических волн (бегущих или стоячих) за менее длительное время действия, по отношению к аналогичному параметру для отстойника для оборотных и сточных вод, силы тяжести G_сд достаточно лишь для того, чтобы среднедисперсные частицы лишь практически полностью выпали в осадок. Силы же тяжести G_мд достаточно лишь для того, чтобы мелкодисперсные частицы лишь частично выпали в осадок, поэтому основная их масса находится во взвешенном состоянии.

С помощью третьего генератора ЗД частот формируется сигнал на частоте F_зд3. В двухканальном усилителе мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями ЗД частот, сигнал на частоте F_зд3 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей, установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника на определенном расстоянии друг от друга и направленных строго навстречу друг другу, формируется стоячая акустическая волна (CAB) интенсивностью I_зд3 и длиной волны λ_зд3 в течение времени T₁₅. В течение дальнейшего времени T₁₅, более продолжительного, чем время T₁₅, излучения сигнала на частоте F_зд3 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных, чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью третьего генератора ВЗД частот формируется сигнал на частоте F_взд3. В двухканальном усилителе мощности ВЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями ВЗД частот, сигнал на частоте F_взд3 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей, установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется CAB интенсивностью I_взд3 и длиной волны λ_взд3 в течение времени Т₁₇. В течение дальнейшего времени T₁₈, более продолжительного, чем время T₁₇, излучения сигнала на частоте F_взд3 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью третьего генератора УЗД частот формируется сигнал на частоте F_узд3. В двухканальном усилителе мощности УЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями УЗД частот, сигнал на частоте F_узд3 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей, установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется CAB интенсивностью I_узд3 и длиной волны λ_узд3 в течение времени T₁₉. В течение дальнейшего времени Т₂₀, более продолжительного, чем время T₁₉, излучения сигнала на частоте F_узд3 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов.

Таким образом, во втором дополнительном отстойнике для сточных вод под воздействием CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот происходит ее полная очистка от среднедисперсных, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов. При этом суммарное время T₁₅ - Т₂₀ также составляет те же 24 часа.

В дальнейшем сточная вода из второго дополнительного отстойника, через дренажную систему и систему естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, равномерно поступает в третий дополнительный отстойник, являющийся, к тому же, первым специальным устройством для обеззараживания сточных вод.

С помощью четвертого генератора ЗД частот формируется сигнал на частоте F_зд4. В двухканальном мощном усилителе мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями ЗД частот, сигнал на частоте F_зд4 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей, установленных на противоположных сторонах третьего дополнительного отстойника на определенном расстоянии друг от друга и направленных строго навстречу друг другу, формируется интенсивная CAB интенсивностью I_зд4 и длиной волны λ_зд4 в течение времени T₂₁. В течение дальнейшего времени Т₂₂, более продолжительного, чем время Т₂₁, излучения сигнала на частоте F_зд4 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных, чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью четвертого генератора ВЗД частот формируется сигнал на частоте F_взд4. В двухканальном мощном усилителе мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями ВЗД частот, сигнал на частоте F_взд4 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей, установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется интенсивная CAB интенсивностью I_взд4 и длиной волны λ_взд4 в течение времени Т₂₃. В течение дальнейшего времени Т₂₄, более продолжительного, чем время Т₂₃, излучения сигнала на частоте F_взд4 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных, чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью четвертого генератора УЗД частот формируется сигнал на частоте F_узд4. В двухканальном мощном усилителе мощности УЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями УЗД частот, сигнал на частоте F_узд4 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей, установленных на противоположных сторонах третьего дополнительного отстойника строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется интенсивная CAB интенсивностью I_узд4 и длиной волны λ_узд4 в течение времени Т₂₅. В течение дальнейшего времени Т₂₆, более продолжительного, чем время T₂₅, излучения сигнала на частоте F_узд4 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных, чем исходные частицы, коагулянтов.

Таким образом, в третьем дополнительном отстойнике для сточных вод под воздействием интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот за счет различных нелинейных эффектов: кавитации и др. происходит ее полная очистка от мелкодисперсных частиц и практически полное обеззараживание от микроорганизмов. При этом суммарное время Т₂₀ - Т₂₆ так же, как и время T₁ - Т₇, составляет те же 24 часа.

В дальнейшем сточная вода из третьего дополнительного отстойника через водовод поступает в рабочую камеру акустического гидроциклона. При этом с помощью многоканального, по числу излучателей, генератора УЗД частот формируется сигнал на частоте F_узд5. В многоканальном, по числу излучателей, сверхмощном усилителе мощности УЗД частот, выходы которого параллельно электрически соединены с соответствующими излучателями поршневого типа, равномерно расположенными по рабочей камере акустического гидроциклона, сигнал на частоте F_узд5 усиливаются до необходимого уровня. При помощи направленных навстречу друг другу излучателей поршневого типа в рабочей камере, внутри которой предварительно создано избыточное статическое давление, непрерывно излучаются акустические волны конечной амплитуды в УЗД частот интенсивностью I_узд5 и длиной волны λ_узд5 в течение рабочего времени Т₂₇, составляющего, как и время T₁ - Т₇, 24 часа. При этом частота F_узд5 соответствует резонансной частоте пузырьков воздуха, находящихся в поступающей по водоводу сточной воде. С выхода акустического гидроциклона, посредством водовода, очищенная и обеззараженная сточная вода поступает либо в ближайшую реку, либо через водонасосную станцию в отстойник для оборотных и сточных вод. Таким образом, в акустическом гидроциклоне под воздействием акустических волн конечной амплитуды в УЗД частоте происходит, за счет различных нелинейных эффектов, ее полная очистка и полное обеззараживание от микроорганизмов.

Известен способ очистки оборотных и сточных вод, заключающийся в отделении твердых частиц от жидкой фазы посредством пропускания фильтруемой суспензии через пористую перегородку /Жужиков B.C. Фильтрация. - М.: Госхимиздат, 1963. Ультразвук в обогащении полезных ископаемых // Под ред. В.А.Глембоцкого. - Алма-Ата.: Наука, 1972, с.169/.

Основными недостатками способа являются:

1. Низкая производительность из-за ограниченной площади пористой перегородки.

2. Низкая эффективность из-за постепенного засорения активной поверхности фильтра частицами взвесей.

3. Невозможность фильтрации крупнодисперсных (размером более 500 мкм) и среднедисперсных (размером от 50 мкм до 500 мкм) частиц.

4. Невозможность обеззараживания сточных вод и др.

Известен способ очистки оборотных и сточных вод, заключающийся в отделении твердых частиц от жидкой фазы посредством пропускания фильтруемой суспензии через акустический фильтр, в качестве фильтрующей перегородки которого используется металлическая сетка, колеблющаяся с частотой 100 Гц /Kord P. Genive Chimique, № 10, 1956. Ультразвук в обогащении полезных ископаемых // Под ред. В.А.Глембоцкого. - Алма-Ата.: Наука, 1972, с.170/.

Основными недостатками способа являются:

1. Низкая производительность из-за ограниченной площади фильтрующей перегородки.

2. Невозможность фильтрации крупнодисперсных и среднедисперсных частиц. В частности, при типовом размере отверстий в сетке 60 мкм и частоте колебаний самой сетки 100 Гц проходят только мелкодисперсные (размером менее 5 мкм) частицы.

3. Невозможность обеззараживания сточных вод и др.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, очистки и обеззараживания оборотных и сточных вод, заключающийся в их полной очистке от крупнодисперсных частиц размером более 500 мкм, практически полной - не менее 70% очистке от среднедисперсных частиц размером от 50 мкм до 500 мкм и частичной - не более 30% очистке мелкодисперсных частиц размером менее 50 мкм методом отстаивания в отстойнике для оборотных вод, являющемся главным водным резервуаром; в их практически полной очистке от крупнодисперсных частиц и частичной очистке от среднедисперсных частиц методом отстаивания в первом дополнительном отстойнике, являющемся первым резервуаром для сточной воды; в их полной очистке от крупнодисперсных частиц, практически полной очистке от среднедисперсных частиц и частичной очистке от мелкодисперсных частиц методом отстаивания во втором дополнительном отстойнике, подключенным своим входом к выходу первого дополнительного отстойника; в их полной очистке от среднедисперсных частиц, частичной очистке от мелкодисперсных частиц и частичном обеззараживании от микроорганизмов в акустическом фильтре, подключенным своим входом к выходу второго дополнительного отстойника; в их практически полной очистке от мелкодисперсных частиц и практически полном обеззараживании от микроорганизмов в фильтре глубокой очистки, подключенном своим входом к выходу акустического фильтра /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых // Под ред. B.C.Ямщикова. - М.: Наука, 1987, с.225-228/.

Основными недостатками способа-прототипа являются:

1. Относительно низкая эффективность общей очистки сточных вод, из-за ограниченной площади акустического фильтра и фильтра глубокой очистки, а также невозможности полной очистки от мелкодисперсных и, тем более, среднедисперсных частиц в дополнительных отстойниках.

2. Относительно низкая эффективность общего обеззараживания сточных вод из-за ограниченной площади акустического фильтра и фильтра глубокой очистки, а также невозможности полной очистки от мелкодисперсных и, тем более, среднедисперсных частиц в дополнительных отстойниках.

3. Низкая эффективность очистки и обеззараживания сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях: интенсивный дождь, активное таяние снега, приток грунтовых вод и т.д.

4. Потенциальная возможность сброса большой массы неочищенных и необеззараженных сточных вод при переполнении отстойников в неблагоприятных погодно-климатических условиях.

5. Низкая эффективность очистки от среднедисперсных и мелкодисперсных частиц оборотной воды в главном водном резервуаре из-за использования простой процедуры отстаивания, что снижает эффективность работы предприятия в целом.

6. Относительно высокая стоимость очищения и обеззараживания заданного объема сточных вод.

7. Сложность конструкции сооружения для полной очистки и полного обеззараживания сточных вод.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанного выше недостатка.

Технический результат предложенного способа заключается в эффективной очистке оборотных вод в главном водном резервуаре, а также эффективной очистке и обеззараживании сточных вод в последовательно соединенных дополнительных отстойниках и акустическом гидроциклоне относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в том числе в неблагоприятных погодно-климатических условиях.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки и обеззараживания оборотных и сточных вод, заключающемся в их полной очистке от крупнодисперсных частиц размером более 500 мкм, практически полной - не менее 70% очистке от среднедисперсных частиц размером от 50 мкм до 500 мкм и частичной - не более 30% очистке от мелкодисперсных частиц размером менее 50 мкм в отстойнике для оборотных вод, являющемся главным водным резервуаром; в их практически полной очистке от крупнодисперсных частиц и частичной очистке от среднедисперсных частиц в первом дополнительном отстойнике, являющемся первым резервуаром для сточной воды; в их полной очистке от крупнодисперсных частиц, практически полной очистке от среднедисперсных частиц и частичной очистке от мелкодисперсных частиц во втором дополнительном отстойнике, подключенном своим входом к выходу первого дополнительного отстойника; в их полной очистке от среднедисперсных частиц, практически полной очистке от мелкодисперсных частиц и частичном обеззараживании от микроорганизмов в первом специальном сооружении, подключенном своим входом к выходу второго дополнительного отстойника; в их полной очистке от мелкодисперсных частиц и полном обеззараживании от микроорганизмов во втором специальном сооружении, подключенном своим входом к выходу первого специального сооружения, вместо практически полной очистки оборотной воды от среднедисперсных частиц и ее частичной очистки от мелкодисперсных частиц в отстойнике для оборотных вод осуществляется ее полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы, а также последовательного по частоте формирования в отстойнике для оборотных вод БАВ волн звукового - в диапазоне частот от 2 кГц до 10 кГц, верхнезвукового - в диапазоне частот от 10 кГц до 20 кГц и ультразвукового - в диапазоне частот выше 20 кГц диапазонов частот; вместо практически полной очистки от крупнодисперсных частиц и частичной очистки от среднедисперсных частиц в первом дополнительном отстойнике осуществляется их полная очистка от крупнодисперсных частиц, практически полная очистка от среднедисперсных частиц и частичная очистка от мелкодисперсных частиц путем периодического и последовательного формирования БАВ низкого звукового - в диапазоне часто от 20 Гц до 2 кГц, ЗД, ВЗД и УЗД диапазонов частот; вместо практически полной очистки от среднедисперсных частиц и частичной очистки от мелкодисперсных частиц во втором дополнительном отстойнике осуществляется их полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического и последовательного формирования CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот; вместо практически полной очистки от мелкодисперсных частиц и частичного обеззараживания от микроорганизмов в первом специальном устройстве осуществляется их полная очистка от мелкодисперсных частиц и практически полное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического и последовательного формирования интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот; в качестве первого специального устройства используется третий дополнительный отстойник для сточных вод, подключенный своим входом к выходу второго дополнительного отстойника для сточных вод, при этом полная очистка от мелкодисперсных частиц и практически полное обеззараживание от микроорганизмов осуществляется путем периодического и последовательного формирования интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД диапазонов частот; в качестве второго специального устройства используется акустический гидроциклон, при этом полная очистка и полное обеззараживании от микроорганизмов сточной воды осуществляется путем ее активного перемешивания под избыточным статическим давлением и облучения интенсивными акустическими волнами УЗД на частоте, близкой к резонансной частоте пузырьков воздуха, образовавшихся в сточной воде под воздействием интенсивных акустических волн; в качестве главного водного резервуара вместо отстойника для оборотных вод используется отстойник для оборотных и сточных вод; дополнительно осуществляется очищение и обеззараживание сточной воды путем ее фильтрации через дренажные системы и прохождения через системы естественной аэрации воды кислородом, находящемся в воздухе, при этом выход отстойника для оборотных и сточных вод и вход первого дополнительного отстойника для сточных вод, выход первого дополнительного отстойника для сточных вод и вход второго дополнительного отстойника для сточных вод, а также выход второго дополнительного отстойника для сточных вод и вход первого специального устройства соединены между собой через идентичные друг другу дренажные системы и идентичные друг другу системы естественной аэрации воды кислородом, находящемся в воздухе; дополнительно осуществляется практически полная очистка и практически полное обеззараживание сточных вод при неблагоприятных погодно-климатических условиях: интенсивные дожди, обильное таяние снега и др.; дополнительно практически полностью исключается загрязнение и практически полностью исключается заражение окружающей среды микроорганизмами при аварийном сбросе сточных вод из первого специального устройства; дополнительно повышаются промывочные свойства оборотной воды, используемой в производстве.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ очистки и обеззараживания оборотных и сточных вод.

Устройство содержит последовательно функционально соединенные: отстойник (1) для оборотных вод, содержащих крупнодисперсные частицы, среднедисперсные частицы и мелкодисперсные частицы, дренажную систему (2) и систему (3) естественной аэрации оборотных и сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, при сбросе сточных вод из крайне верхнего по уровню слоя; первый дополнительный отстойник (4) для сточных вод, содержащих крупнодисперсные частицы, среднедисперсные частицы, мелкодисперсные частицы и микроорганизмы, дренажную систему (2) и систему (3) естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, при сбросе сточных вод из крайне верхнего по уровню слоя; второй дополнительный отстойник (5) для сточных вод, содержащих среднедисперсные частицы, мелкодисперсные частицы и микроорганизмы, дренажную систему (2) и систему (3) естественной аэрации воды кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, при сбросе сточных вод из крайнего верхнего по уровню слоя; третий дополнительный отстойник (6) для сточных вод, содержащих мелкодисперсные частицы и микроорганизмы; водовод (7) для сточных вод, вход которого соединен с выходом третьего дополнительного отстойника (6) для сточных вод на крайне верхнем по уровню слое, а выход - с акустическим гидроциклоном (8). При этом выход акустического гидроциклона (8) соединен посредством водовода (9) для очищенных и обеззараженных оборотных вод либо с ближайшей рекой (10), либо через водонасосную станцию (11) с отстойником для оборотных вод.

Устройство также содержит техническое сооружение (12), являющееся главным водопотребителем, при этом вход технического сооружения посредством входного водовода (13) для оборотных вод соединен с отстойником (1) для оборотных вод, а выход технического сооружения (12) посредством выходного водовода (14) для сточных вод соединен с входом первого дополнительного отстойника (4) для сточных вод, а в отстойник (1) для оборотных вод, первый (4), второй (5) и третий (6) дополнительные отстойники для сточных вод и реку (10) по грунту и непосредственно через грунт попадает, вследствие таяния снега и льда, выпадения осадков и т.д., природная вода. При этом объемы первого (4), второго (5) и третьего (6) дополнительных отстойников равны между собой и существенно меньше объема отстойника (1) для оборотных вод.

Устройство также содержит: последовательно электрически соединенные первый генератор (15) ЗД частот, первый усилитель (16) мощности ЗД и первый ненаправленный излучатель (17) ЗД частот; первый генератор (18) ВЗД частот, первый усилитель (19) мощности ВЗД частот и первый ненаправленный излучатель (20) ВЗД частот; первый генератор (21) УЗД частот, первый усилитель (22) мощности УЗД частот и первый ненаправленный излучатель (23) УЗД частот. При этом первый ненаправленный излучатель (17) ЗД частот, первый ненаправленный излучатель (20) ВЗД частот и первый ненаправленный излучатель (23) УЗД частот расположены, соответственно, друг под другом в центре отстойника (1) для оборотных вод на разных горизонтах, исключающих акустическое затенение одного излучателя другим; последовательно электрически соединенные генератор (24) НЗД частот, усилитель (25) мощности НЗД частот и ненаправленный излучатель (26) НЗД частот; второй генератор (27) ЗД частот, второй усилитель (28) мощности ЗД частот и второй ненаправленный излучатель (29) ЗД частот; второй генератор (30) ВЗД частот, второй усилитель (31) мощности ВЗД частот и второй ненаправленный излучатель (32) ВЗД частот; второй генератор (33) УЗД частот, второй усилитель (34) мощности УЗД частот и второй ненаправленный излучатель (35) УЗД частот. При этом ненаправленный излучатель (26) НЗД частот, второй ненаправленный излучатель (29) ЗД частот, второй ненаправленный излучатель (32) ВЗД частот и второй ненаправленный излучатель (35) УЗД частот расположены, соответственно, друг под другом: излучатель более высокочастотных акустических волн расположен в самом верхнем слое сточной воды в центре первого дополнительного отстойника (4) для оборотных и сточных вод на разных горизонтах, исключающих акустическое затенение одного излучателя другим.

Устройство также содержит последовательно электрически соединенные третий генератор (36) ЗД частот и двухканальный усилитель (37) мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя направленными строго навстречу друг другу излучателями (38) ЗД частот; третий генератор (39) ВЗД частот и двухканальный усилитель (40) мощности ВЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя направленными строго навстречу друг другу излучателями (41) ВЗД частот, и третий генератор (42) УЗД частот и двухканальный усилитель (43) мощности УЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя направленными строго навстречу друг другу излучателями (44) УЗД диапазона частот. При этом направленные строго навстречу друг другу излучатели звукового (38), верхнего звукового (41) и ультразвукового (44) диапазонов частот расположены попарно на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника (5) для сточных вод на фиксированном расстоянии друг от друга, обеспечивающем формирование CAB в соответствующем диапазоне частот; последовательно электрически соединенные четвертый генератор (45) ЗД частот и двухканальный мощный усилитель (46) мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя направленными строго навстречу друг другу излучателями (47) ЗД частот; четвертый генератор (48) ВЗД частот и двухканальный мощный усилиитель (49) мощности ВЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя направленными строго навстречу друг другу излучателями (50) ВЗД частот, и четвертый генератор (51) УЗД частот и двухканальный мощный усилитель (52) мощности УЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя направленными строго навстречу друг другу излучателями (53) УЗД частот. При этом направленные строго навстречу друг другу излучатели звукового (47), верхнего звукового (50) и ультразвукового (53) диапазонов частот расположены попарно на противоположных сторонах третьего дополнительного отстойника (6) для сточных вод на фиксированном расстоянии друг от друга, обеспечивающем формирование интенсивной CAB в соответствующем диапазоне частот.

Устройство также содержит последовательно электрически соединенные многоканальный генератор (54) УЗД частот и многоканальный сверхмощный усилитель (55) мощности УЗД частот, выходы которого параллельно электрически соединены с направленными навстречу друг другу излучателями (56) поршневого типа УЗД частот, равномерно расположенными по рабочей камере (57) акустического гидроциклона (8). При этом активная часть каждого излучателя (56) расположена с внутренней стороны рабочей камеры (57) с избыточным статическим давлением.

На фиг.2 иллюстрируется взаимное расположение крупнодисперсных (КДЧ), среднедисперсных (СДЧ) и мелкодисперсных частиц (МДЧ), имеющих соответствующую силу тяжести G_i в первом дополнительном отстойнике (4) для сточных вод до излучения (фиг.2а - вертикальная плоскость, фиг.2б - горизонтальная плоскость) и после излучения (фиг.2в - вертикальная плоскость и фиг.2г - горизонтальная плоскость) бегущих акустических волн НЗД, ЗД, ВЗД и УЗД частот.

На фиг.3 иллюстрируется взаимное расположение частиц различной дисперсности во втором дополнительном отстойнике (4) для сточных вод до излучения (фиг.3а - вертикальная плоскость, фиг.3б - горизонтальная плоскость) и после излучения (фиг.3в - вертикальная плоскость и фиг.3г - горизонтальная плоскость) стоячих акустических волн ЗД, ВЗД и УЗД частот.

Устройство функционирует следующим образом (фиг.1 - фиг.3). В отстойнике (1), являющемся главным водным резервуаром, находится оборотная вода, содержащая, в общем случае, крупнодисперсные частицы размером l_кд более 500 мкм и массой m_кд, среднедисперсные частицы размером l_сд от 50 мкм до 500 мкм и массой m_сд, мелкодисперсные частицы размером l_мд менее 50 мкм и массой m_мд, а также микроорганизмы, связанные с попаданием в отстойник (1) по грунту и непосредственно через грунт природной воды, обусловленной выпадением осадков, таянием снега и т.д. В большом объеме неподвижной воды, за длительное время и при благоприятных погодно-климатических условиях, под воздействием силы тяжести G_кд крупнодисперсные частицы практически полностью (не менее 70%) выпадают в осадок, а под воздействием силы тяжести G_сд среднедисперсные частицы часично (не более 30%) выпадают в осадок. Силы же тяжести G_мд недостаточно для того, чтобы мелкодисперсные частицы выпадали в осадок, поэтому основная их масса находится во взвешенном состоянии.

С помощью первого генератора (15) ЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_зд1. В первом усилителе (16) мощности ЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи первого ненаправленного излучателя (17) ЗД частот, установленного в центре отстойника (1) для оборотных вод - его ненаправленное излучение на частоте F_зд1 в течение времени T₁. В оборотной воде отстойника (1) формируется БАВ интенсивностью I_зд1 и длиной волны λ_зд1. В течение дальнейшего времени Т₂, более продолжительного, чем время T₁, и на несколько порядков меньшего, чем время естественного - без излучения акустических волн - отстаивания оборотной воды в отстойнике (1), излучения сигнала на частоте F_зд1 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянтов за значительно более короткое время, чем время естественного отстаивания оборотной воды в отстойнике (1).

С помощью первого генератора (18) ВЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_взд1. В первом усилителе (19) мощности ВЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи первого ненаправленного излучателя (20) ВЗД частот, установленного в центре отстойника (1) для оборотных вод и над первым ненаправленным излучателем (17) ЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_взд1 в течение времени Т₃. В оборотной воде отстойника (1) формируется БАВ интенсивностью I_взд1 и длиной волны λ_взд1. В течение дальнейшего времени Т₄, более продолжительного, чем время Т₃, излучения сигнала на частоте F_вдд1 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью первого генератора (21) УЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_узд1. В первом усилителе (22) мощности УЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи первого ненаправленного излучателя (23) УЗД частот, установленного в центре отстойника (1) для оборотных вод и над первым ненаправленным излучателем (20) ВЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_узд1 в течение времени Т₅. В оборотной воде отстойника (1) формируется БАВ интенсивностью I_узд1 и длиной волны λ_узд1. В течение дальнейшего времени Т₆, более продолжительного, чем время Т₅, излучения сигнала на частоте F_удд1 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов. Таким образом, в отстойнике (1) под воздействием БАВ ЗД, ВЗД и УЗД частот происходит полная очистка оборотной воды от крупнодисперсных и среднедисперсных частиц, а также практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микрооргнаизмов. При этом суммарное время T₁ - Т₆ составляет 24 часа.

В процессе работы технического сооружения (12), в качестве которого может быть использован шлюзовой прибор горнодобывающего предприятия, оборотная вода из отстойника (1) посредством водовода (13) непрерывно подается на его вход и используется в производственном цикле (в приведенном примере - для промывки породы). При этом эффективность работы технического сооружения (12) во многом зависит, особенно в условиях относительно низкой температуры окружающего воздуха и др., от промывочных свойств оборотной воды. Сточная вода, содержащая, в общем случае, крупнодисперсные, среднедисперсные и мелкодисперсные частицы, а также микроорганизмы, с выхода технического сооружения (12) посредством водовода (14) непрерывно подается в первый дополнительный отстойник (4).

Одновременно с этим в первый дополнительный отстойник (4), через дренажную систему (2), а также систему (3) естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, из отстойника для оборотных вод (1) сбрасывается из крайнего верхнего уровня (уровень выделен пунктиром на фиг.2а и фиг.2в) сточная вода.

Таким образом, первый дополнительный отстойник (4) является гораздо более проточным водным резервуаром по отношению к отстойнику для оборотных вод (1). В этой связи за менее длительное время действия, по отношению к аналогичному параметру для отстойника для оборотных и сточных вод (1), силы тяжести G_кд крупнодисперсные частицы лишь частично выпадают в осадок. Сил тяжести G_сд и G_мд недостаточно для того, чтобы среднедисперсные и мелкодисперсные частицы выпадали в осадок, поэтому основная их масса находится во взвешенном состоянии (фиг.2а).

С помощью генератора (24) НЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_нзд. В усилителе (25) мощности НЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи ненаправленного излучателя (26) НЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника (4) для сточных вод, его ненаправленное излучение на частоте F_нзд в течение времени Т₇. В сточной воде формируется БАВ интенсивностью I_нзд и длиной волны λ_нзд. В течение дальнейшего времени T₈, более продолжительного, чем время Т₇, и на несколько порядков меньшего, чем время естественного отстаивания сточной воды в первом дополнительном отстойнике (4), излучения сигнала на частоте F_нзд не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов (соединенные вместе геометрические фигуры в виде кружков с различным диаметром на фиг.2в и фиг.2г) за значительно более короткое время, чем время естественного отстаивания сточной воды в отстойнике (4).

С помощью второго генератора (27) ЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_зд2. Во втором усилителе (28) мощности ЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи второго ненаправленного излучателя (29) ЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника (4) для сточных вод над ненаправленным излучателем (26) НЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_зд2 в течение времени Т₉. В сточной воде первого дополнительного отстойника (4) формируется БАВ интенсивностью I_зд2 и длиной волны λ_зд2. В течение дальнейшего времени Т₁₀, более продолжительного, чем время Т₉, и на несколько порядков меньшего, чем время естественного отстаивания сточной воды в первом дополнительном отстойнике (4), излучения сигнала на частоте F_зд2 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов за значительно более короткое время, чем время естественного отстаивания сточной воды в первом дополнительном отстойнике (4).

С помощью второго генератора (30) ВЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_взд1. Во втором усилителе (31) мощности ВЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи второго ненаправленного излучателя (32) ВЗД частот, установленного в центре первого дополнительного отстойника (4) для сточных вод и над вторым ненаправленным излучателем (29) ЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_взд2 в течение времени Т₁₁. В сточной воде первого дополнительного отстойника (4) формируется БАВ интенсивностью I_взд2 и длиной волны λ_взд2. В течение дальнейшего времени Т₁₂, более продолжительного, чем время Т₁₁, излучения сигнала на частоте F_вдд2 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью второго генератора (33) УЗД частот осуществляется формирование сигнала на частоте F_узд2. Во втором усилителе (34) мощности УЗД частот осуществляется усиление данного сигнала до необходимого уровня, а при помощи второго ненаправленного излучателя (35) УЗД, установленного в центре первого дополнительного отстойника (4) для оборотных и сточных вод и над вторым ненаправленным излучателем (29) ВЗД частот - его ненаправленное излучение на частоте F_узд2 в течение времени Т₁₃. В сточной воде первого дополнительного отстойника (4) формируется БАВ интенсивностью I_узд2 и длиной волны λ_узд2. В течение дальнейшего времени Т₁₄, более продолжительного, чем время Т₁₃, излучения сигнала на частоте F_узд2 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе, чем исходные частицы, коагулянгов. Таким образом, в первом дополнительном отстойнике (4) для сточных вод под воздействием БАВ НЗД, ЗД, ВЗД и УЗД частот происходит ее полная очистка от крупнодисперсных частиц, практически полная очистка от среднедисперсных частиц и частичная очистка от мелкодисперсных частиц, а также незначительное обеззараживание от микроорганизмов в областях сжатия БАВ различного диапазонов частот. При этом суммарное время: Т₇ - Т₁₄ так же, как и время T₁ - Т₇, составляет те же 24 часа.

В дальнейшем сточная вода из первого дополнительного отстойника (4), через дренажную систему (2) и систему (3) естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, равномерно поступает из крайнего верхнего уровня (обозначен пунктиром на фиг.3а и фиг.3в) во второй дополнительный отстойник (5), являющийся более проточным водным резервуаром по отношению к отстойнику для оборотных вод (1). В этой связи при отсутствии акустических волн (бегущих, или стоячих) за менее длительное время действия, по отношению к аналогичному параметру для отстойника для оборотных вод (1), силы тяжести G_сд достаточно лишь для того, чтобы среднедисперсные частицы лишь практически полностью выпали в осадок. Силы же тяжести G_мд достаточно лишь для того, чтобы мелкодисперсные частицы лишь частично выпали в осадок, поэтому основная их масса находится во взвешенном состоянии (фиг.3а).

С помощью третьего генератора (36) ЗД частот формируется сигнал на частоте F_зд3. В двухканальном усилителе (37) мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями (38) ЗД частот, сигнал на частоте F_зд3 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей (38), установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника (5) на определенном расстоянии друг от друга и направленных строго навстречу друг другу, формируется CAB интенсивностью I_зд3 и длиной волны λ_зд3 в течение времени Т₁₅. В течение дальнейшего времени T₁₆, более продолжительного, чем время T₁₅, излучения сигнала на частоте F_зд3 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью третьего генератора (39) ВЗД частот формируется сигнал на частоте F_взд3. В двухканальном усилителе (40) мощности ВЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями (41) ВЗД частот, сигнал на частоте F_взд3 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей (41), установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника (5) строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется CAB интенсивностью I_взд3 и длиной волны λ_взд3 в течение времени T₁₇. В течение дальнейшего времени T₁₈, более продолжительного, чем время T₁₇, излучения сигнала на частоте F_взд3 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью третьего генератора (42) УЗД частот формируется сигнал на частоте F_узд3. В двухканальном усилителе (43) мощности УЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями (44) УЗД частот, сигнал на частоте F_узд3 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей (44), установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника (5) строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется CAB интенсивностью I_узд3 и длиной волны λ_узд3 в течение времени T₁₉. В течение дальнейшего времени Т₂₀, более продолжительного, чем время T₁₉, излучения сигнала на частоте F_узд3 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

Таким образом, во втором дополнительном отстойнике (5) для сточных вод под воздействием CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот происходит ее полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов. При этом суммарное время: Т₁₅ - T₂₀ так же, как и время T₁ - Т₇, составляет те же 24 часа (фиг.3в, фиг.3г).

В дальнейшем сточная вода из второго дополнительного отстойника (5), через дренажную систему (2) и систему (3) естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздушном пространстве, равномерно поступает из крайнего верхнего уровня в третий дополнительный отстойник (8), являющийся, к тому же, первым специальным устройством для обеззараживания сточных вод.

С помощью четвертого генератора (45) ЗД частот формируется сигнал на частоте F_зд4. В двухканальном мощном усилителе (46) мощности ЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями (47) звукового диапазона частот, сигнал на частоте F_зд4 усиливается до необходимого уровня. При помощи двух излучателей (47), установленных на противоположных сторонах третьего дополнительного отстойника (6) на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется интенсивная CAB интенсивностью I_зд4 и длиной волны λ_зд4 в течение времени Т_21. В течение дальнейшего времени Т₃₂, более продолжительного, чем время T₂₁, излучения сигнала на частоте F_зд4 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью четвертого генератора (48) ВЗД частот формируется сигнал на частоте F_взд4. В двухканальном мощном усилителе (49) мощности ВЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями (50) ВЗД частот, сигнал на частоте F_взд4 усиливается до необходимого уровня.

При помощи двух излучателей (50), установленных на противоположных сторонах второго дополнительного отстойника (6) строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется интенсивная CAB интенсивностью I_взд4 и длиной волны λ_взд4 в течение времени Т₂₃. В течение дальнейшего времени T₂₄, более продолжительного, чем время Т₂₃, излучения сигнала на частоте F_взд4 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

С помощью четвертого генератора (51) УЗД частот формируется сигнал на частоте F_узд4. В двухканальном мощном усилителе (52) мощности УЗД частот, два выхода которого параллельно электрически соединены с двумя излучателями (53) УЗД частот, сигнал на частоте F_узд4 усиливается до необходимого уровня.

При помощи двух излучателей (53), установленных на противоположных сторонах третьего дополнительного отстойника (6) строго на определенном расстоянии друг от друга и направленными строго навстречу друг другу, формируется интенсивная CAB интенсивностью I_узд4 и длиной волны λ_узд4 в течение времени Т₂₅.

В течение дальнейшего времени Т₂₆, более продолжительного, чем время Т₂₅, излучения сигнала на частоте F_узд4 не производится, а осуществляется процесс выпадения в осадок вновь образовавшихся и на порядок более крупных по размеру и массе (с силой тяжести G_i ^*), чем исходные частицы, коагулянтов.

Таким образом, в третьем дополнительном отстойнике (6) для сточных вод под воздействием интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот за счет различных нелинейных эффектов происходит ее полная очистка от мелкодисперсных частиц и практически полное обеззараживание от микроорганизмов. При этом суммарное время: Т₂₀ - T₂₆ так же, как и время T₁ - T₇, составляет те же 24 часа.

В дальнейшем сточная вода из третьего дополнительного отстойника (6) через водовод (7) поступает в рабочую камеру (57) акустического гидроциклона (8). При этом с помощью многоканального, по числу излучателей, генератора (54) УЗД частот формируется сигнал на частоте F_узд5.

В многоканальном, по числу излучателей, сверхмощном усилителе (55) мощности УЗД частот, выходы которого параллельно электрически соединены с соответствующими излучателями (56) УЗД частот поршневого типа, равномерно расположенными по рабочей камере (57) акустического гидроциклона (8), сигнал на частоте F_узд5 усиливаются до необходимого уровня.

При помощи направленных навстречу друг другу излучателей (56) УЗД частот поршневого типа в рабочей камере, внутри которой предварительно создано избыточное статическое давление, непрерывно излучаются акустические волны конечной амплитуды в УЗД частот интенсивностью I_узд5 и длиной волны λ_узд5 в течение рабочего времени Т₂₇, составляющего, как и время T₁ - Т₇, 24 часа. При этом частота F_узд5 соответствует резонансной частоте пузырьков воздуха, находящихся в поступающей по водоводу (7) сточной воде.

С выхода акустического гидроциклона (8), посредством водовода (9), очищенная и обеззараженная сточная вода поступает либо в ближайшую реку (10), либо через водонасосную станцию (11) в отстойник (1) для оборотных вод.

Таким образом, в акустическом гидроциклоне (8) под воздействием акустических волн конечной амплитуды в УЗД частот происходит, за счет различных нелинейных эффектов - гидроудары, акустическая кавитация, акустическое течение, искажение профиля исходно синусоидальной волны, образование высших гармоник, взаимодействия типа: «звук-турбулентность», «турбулентность-звук», «турбулентность-турбулентность» и т.д., ее полная очистка и полное обеззараживание от микроорганизмов (БО). При этом:

1. Повышение эффективности общей очистки сточных вод достигается за счет того, что:

- уже в первом дополнительном отстойнике для сточных вод осуществляется ее полная очистка от крупнодисперсных, практически полная очистка от среднедисперсных и частичная очистка от мелкодисперсных частиц за счет формирования в нем бегущих акустических волн низкого звукового, звукового, верхнего звукового и ультразвукового диапазонов частот;

- во второй дополнительный отстойник сточная вода из первого дополнительного отстойника равномерно поступает из крайнего верхнего уровня через систему естественной аэрации сточных вод кислородом, а также через дренажную систему;

- уже во втором дополнительном отстойнике для сточных вод осуществляется ее полная очистка от среднедисперсных и практически полная очистка от мелкодисперсных частиц за счет последовательного формирования в нем САВ ЗД, ВЗД и УЗД частот;

- в третий дополнительный отстойник сточная вода из второго дополнительного отстойника равномерно поступает из крайнего верхнего уровня через систему естественной аэрации сточных вод кислородом, а также через дренажную систему;

- уже в третьем дополнительном отстойнике для сточных вод осуществляется ее полная очистка от мелкодисперсных частиц за счет последовательного формирования в нем интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот.

2. Повышение эффективности общего обеззараживания сточных вод достигается за счет того, что:

- происходит последовательное уничтожение (незначительное, частичное, практически полное и полное) микроорганизмов во всех отстойниках, а также в акустическом гидроциклоне;

- сточная вода из предыдущего отстойника в последующий поступает равномерно из крайнего верхнего уровня через систему естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздухе;

- сточная вода из каждого предыдущего отстойника в последующий и, в конечном итоге, в акустический гидроциклон поступает уже предварительно очищенной (частично, практически полностью и полностью) от частиц различной дисперсности.

3. Повышение общей эффективности очистки и обеззараживания сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях достигается за счет того, что происходит последовательное очищение и обеззараживание (незначительное, частичное, практически полное и полное) от микроорганизмов во всех отстойниках, включая отстойник для оборотных и сточных вод, а также в акустическом гидроциклоне;

4. Предотвращение потенциальной возможности сброса большой массы неочищенных и необеззараженных сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях достигается за счет того, что она полностью очищена и обеззаражена уже в третьем дополнительном отстойнике.

5. Повышение общей эффективности работы предприятия в целом достигается за счет повышения промывочных свойств оборотной и сточной воды в главном водном резервуаре путем последовательного формирования в нем БАВ ЗД, ВЗД и УЗД частот.

6. Снижение относительно высокой стоимости очищения и обеззараживания заданного объема сточных вод достигается за счет того, что:

- происходит последовательное очищение и обеззараживание (незначительное, частичное и практически полное) от микроорганизмов во всех отстойниках, включая отстойник для оборотных и сточных вод;

- в качестве первого специального устройства используется третий дополнительный отстойник для сточных вод.

7. Упрощение конструкции сооружения достигается за счет того, что:

- происходит предварительное последовательное очищение и обеззараживание (незначительное, частичное и практически полное) от микроорганизмов во всех отстойниках, включая отстойник для оборотных и сточных вод;

- в качестве первого специального устройства используется третий дополнительный отстойник для сточных вод.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. Вместо практически полной очистки оборотной воды от среднедисперсных частиц и ее частичной очистки от мелкодисперсных частиц в отстойнике для оборотных вод осуществляется ее полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов.

2. Вместо практически полной очистки от крупнодисперсных частиц и частичной очистки от среднедисперсных частиц в первом дополнительном отстойнике осуществляется их полная очистка от крупнодисперсных частиц, практически полная очистка от среднедисперсных частиц и частичная очистка от мелкодисперсных частиц.

3. Вместо практически полной очистки от среднедисперсных частиц и частичной очистки от мелкодисперсных частиц во втором дополнительном отстойнике осуществляется их полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов.

4. Вместо практически полной очистки от мелкодисперсных частиц и частичного обеззараживания от микроорганизмов в первом специальном устройстве осуществляется их полная очистка от мелкодисперсных частиц и практически полное обеззараживание от микроорганизмов.

5. В качестве первого специального устройства используется третий дополнительный отстойник для сточных вод, подключенный своим входом к выходу второго дополнительного отстойника для сточных вод.

6. В качестве второго специального устройства используется акустический гидроциклон.

7. В качестве главного водного резервуара вместо отстойника для оборотных вод используется отстойник для оборотных и сточных вод.

8. Дополнительно осуществляется очищение и обеззараживание сточной воды путем ее фильтрации через дренажные системы и прохождения через системы естественной аэрации воды кислородом, находящемся в воздухе.

9. Дополнительно осуществляется практически полная очистка и практически полное обеззараживание сточных вод при неблагоприятных погодно-климатических условиях.

10. Дополнительно практически полностью исключается загрязнение и практически полностью исключается заражение окружающей среды микроорганизмами при аварийном сбросе сточных вод из первого специального устройства.

11. Дополнительно повышаются промывочные свойства оборотной воды, используемой в производстве.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".

Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.

Признаки 5, 6 и 8 являются новыми и не известно их использование для очистки и обеззараживания сточных вод.

Признаки 1, 7-11 является известными, однако не известно их использование для полной очистки и обеззараживания сточных вод.

Признаки 2-4 является хорошо известными.

Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с хорошо известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - эффективно очищать и обеззараживать оборотные и сточные воды относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в том числе при неблагоприятных погодно-климатических условиях.

В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".

Пример реализации способа. Промышленные испытания разработанного способа производились в 2004 г. на участке ЗАО «Корякгеолдобыча» в Корякском Автономном Округе п-ова Камчатка.

Основными бактерицидными факторами разработанного безреагентного метода очистки и обеззараживания сточных вод является насыщение ее кислородом, а также нелинейные эффекты (кавитация и др.), и целесообразно рассмотреть некоторые способы повышения их эффективности.

На фиг.4 иллюстрируются значения скорости звука (фиг.4а) и удельного акустического сопротивления смеси «вода-воздух» (фиг.4б) в водной среде, содержащей различное, в процентном отношении, количество воздуха /Мясников Л.М., Мясникова Е.Н., Щучинский Я.М. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике. - Л.: Судостроение, 1974/. Как видно из фиг.4а, скорость звука в дисперсионной среде резко падает при увеличении концентрации пузырьков и достигает минимума ˜20 м/с, если в смеси количество воздуха занимает такой же объем, как и количество воды. Таким образом, для повышения эффективности обеззараживания сточных вод целесообразно максимально насытить ее пузырьками окружающего воздуха.

На фиг.5 представлены экспериментально полученные зависимости параметра нелинейности водной среды - важнейшего интегрального показателя эффективности различных нелинейных эффектов - от частоты и горизонта расположения акустической системы «излучатель-приемник» /Буланов В.А. Акустика микронеоднородных жидкостей и методы акустической спектроскопии рассеивателей звука. - Диссертация д.ф.-м.н. - Вл-к.: ИПМТ ДВО РАН, 1996, с.358-391/. Как видно из фиг.5, при реализации разработанного способа гидроакустические излучатели НЗД, ЗД, ВЗД И УЗД частот должны быть размещены в верхнем (менее 5 м) слое оборотных и сточных вод. При этом значение параметра нелинейности ε ˜ на 2 порядка превышает аналогичную величину ε˜3 для отстоявшейся (не содержащей пузырьки воздуха) воды.

Говоря о соответствии частоты акустических колебаний УЗД частот пузырькам воздуха, поступающей на вход акустического гидроциклона, необходимо отметить, что с изменением гидростатического давления происходит изменение резонансного радиуса воздушных пузырей, находящихся в воде. Так, например, для частоты 20 кГц (длина волны 0,075 м) резонансный радиус при гидростатическом давлении 1 атм равен 0,016 см, а при гидростатическом давлении 5 атм равен 0,037 см. При этом время жизни пузырьков воздуха в воде, при нормальном атмосферном давлении, для их резонансной частоты 20 кГц составляет ˜4 с /Физические основы подводной акустики. Перевод с англ. // Под ред. В.И.Мясищева. - М.: Советское радио, 1955, с.610/. Таким образом, рекомендованными частотами при реализации разработанного способа, исходя из вышеизложенного, могут быть частоты в диапазоне от ˜40 кГц до ˜60 кГц со временем жизни соответствующих им резонансных пузырьков воздуха (при нормальном атмосферном давлении) от ˜1 мин до ˜5 мин.

На фиг.6 иллюстрируются некоторые результаты промышленных испытаний разработанного способа. При этом цифрами «I» и «II» обозначены гистограммы, иллюстрирующие значения коэффициентов осветления сточной воды (снижения содержания взвесей в 1 л сточной воды на выходе всего очистного сооружения по отношению к аналогичному параметру на его входе) в солнечную и дождливую погоду, соответственно, для способа-прототипа. Цифрами «III» и «IV» обозначены гистограммы, иллюстрирующие значения коэффициентов осветления сточной воды в солнечную и дождливую погоду, соответственно, для разработанного способа.

Как видно из фиг.6, эффективность работы очистного сооружения у способа-прототипа в дождливую погоду падает в 6,7 раз по сравнению с солнечной погодой, в то время как у разработанного способа этот показатель составляет величину всего лишь 3,2 раза. При этом выигрыш в степени осветления сточных вод у разработанного способа, по отношению к способу-прототипу, составляет 1,637 раза в солнечную погоду и 3,424 раза в дождливую погоду.

На фиг.7, в качестве примера, иллюстрируется внешний вид усилителя мощности (фиг.7а) и излучателя НЗД частот (фиг.7б), разработанных и изготовленных в Гидрофизическом Центре г.Владивосток под научным руководством д.ф-м.н. Матвиенко Ю.В.

Таким образом:

1. Повышение эффективности общей очистки сточных вод достигнуто за счет того, что:

- уже в первом дополнительном отстойнике осуществлена ее полная очистка от крупнодисперсных, практически полная очистка от среднедисперсных и частичная очистка от мелкодисперсных частиц;

- во второй и третий дополнительные отстойники сточная вода поступала через системы естественной аэрации сточных вод воздухом (в том числе и кислородом), а также через дренажные системы;

- уже во втором дополнительном отстойнике вод осуществлена ее полная очистка от среднедисперсных и практически полная очистка от мелкодисперсных частиц;

- уже в третьем дополнительном отстойнике осуществлена ее полная очистка от мелкодисперсных частиц.

2. Повышение эффективности общего обеззараживания сточных вод достигнуто за счет того, что:

- происходило последовательное уничтожение микроорганизмов во всех отстойниках, а также в акустическом гидроциклоне;

- сточная вода из каждого предыдущего в каждый последующий поступала равномерно из крайнего верхнего уровня через систему естественной аэрации сточных вод кислородом, находящемся в окружающем воздухе;

- сточная вода из каждого предыдущего отстойника в последующий и, в конечном итоге, в акустический гидроциклон поступала уже предварительно очищенной от частиц различной дисперсности.

3. Повышение общей эффективности очистки и обеззараживания сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях достигнуто за счет того, что происходит ее последовательное очищение и обеззараживание от микроорганизмов во всех отстойниках, включая отстойник для оборотных и сточных вод, а также в акустическом гидроциклоне.

4. Предотвращение потенциальной возможности сброса большой массы неочищенных и необеззараженных сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях достигнуто за счет того, что она полностью очищена и обеззаражена уже в третьем дополнительном отстойнике.

5. Повышение общей эффективности работы промышленного предприятия в целом достигнуто за счет повышения промывочных свойств оборотной и сточной воды в главном водном резервуаре.

6. Снижение относительно высокой стоимости очищения и обеззараживания заданного объема сточных вод достигнуто за счет того, что:

- происходило последовательное очищение и обеззараживание во всех отстойниках, включая отстойник для оборотных и сточных вод;

- в качестве первого специального устройства использовался третий дополнительный отстойник для сточных вод.

7. Упрощение конструкции сооружения достигнуто за счет того, что:

происходило предварительное последовательное очищение и обеззараживание во всех отстойниках, включая главный водный резервуар;

- в качестве первого специального устройства использовался третий дополнительный отстойник для сточных вод.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для очистки и обеззараживания сточных вод горнорудных предприятий; в процессе обогащения полезных ископаемых для снижения технологических потерь за счет повышения промывочных свойств оборотной воды, а также для водоподготовки и обеззараживания питьевой воды. Оборотные и сточные воды очищают от крупнодисперсных частиц размером более 500 мкм, среднедисперсных частиц размером от 50 мкм до 500 мкм и мелкодисперсных частиц размером менее 50 мкм, а также обеззараживают от микроорганизмов сначала в отстойнике для оборотных и сточных вод под воздействием бегущей акустической волны (БАВ) звукового диапазона (ЗД), верхнего звукового диапазона (ВЗД) и ультразвукового диапазона (УЗД) частот, далее, в первом дополнительном отстойнике для сточных вод под воздействием БАВ низкого звукового диапазона (НЗД), ЗД, ВЗД и УЗД частот, во втором дополнительном отстойнике для сточных вод под воздействием стоячих акустических волн (CAB) ЗД, ВЗД и УЗД частот, и в третьем дополнительном отстойнике для сточных вод под воздействием интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот. Из третьего дополнительного отстойника сточная вода поступает в рабочую камеру акустического гидроциклона, в котором под воздействием акустических волн конечной амплитуды в УЗД частот происходит полная очистка и полное обеззараживание воды от микроорганизмов. После чего очищенная и обеззараженная сточная вода поступает либо в ближайшую реку, либо через водонасосную станцию в отстойник для оборотных и сточных вод. Технический результат предложенного способа заключается в эффективной очистке и обеззараживании оборотных и сточных вод относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в том числе при неблагоприятных погодно-климатических условиях. 7 ил.

Способ очистки и обеззараживания оборотных и сточных вод, заключающийся в их очистке в отстойнике для оборотных вод, являющемся главным водным резервуаром, затем в первом дополнительном отстойнике, являющемся первым резервуаром для сточной воды, и во втором дополнительном отстойнике, подключенном своим входом к выходу первого дополнительного отстойника, в их очистке в первом специальном сооружении, подключенном своим входом к выходу второго дополнительного отстойника, в их очистке во втором специальном сооружении, подключенном своим входом к выходу первого специального сооружения, отличающийся тем, что в отстойнике для оборотных вод осуществляется их полная очистка от крупнодисперсных частиц размером более 500 мкм и среднедисперсных частиц размером от 50 мкм до 500 мкм, практически полная очистка не менее 70% от мелкодисперсных частиц размером менее 50 мкм и частичное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического излучения - с чередованием режимов излучения и паузы, а также последовательного по частоте формирования в отстойнике для оборотных вод бегущих акустических волн звукового в диапазоне частот от 2 кГц до 10 кГц, верхнего звукового в диапазоне частот от 10 кГц до 20 кГц и ультразвукового в диапазоне частот выше 20 кГц диапазонов частот, затем в первом дополнительном отстойнике осуществляется полная очистка от крупнодисперсных частиц, практически полная очистка от среднедисперсных частиц и частичная очистка от мелкодисперсных частиц путем периодического и последовательного формирования бегущих акустических волн низкого звукового в диапазоне частот от 20 Гц до 2 кГц, звукового, верхнего звукового и ультразвукового диапазонов частот, далее во втором дополнительном отстойнике осуществляется полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического и последовательного формирования стоячих акустических волн звукового, верхнего звукового и ультразвукового диапазонов частот, в качестве первого специального сооружения используют третий дополнительный отстойник, в котором осуществляется полная очистка от мелкодисперсных частиц и практически полное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического и последовательного формирования интенсивных стоячих акустических волн звукового, верхнего звукового и ультразвукового диапазонов частот, в качестве второго специального сооружения используется акустический гидроциклон, при этом полная очистка и полное обеззараживание от микроорганизмов сточной воды осуществляется путем ее активного перемешивания под избыточным статическим давлением и облучения интенсивными акустическими волнами ультразвукового диапазона, при этом выход отстойника для оборотных и сточных вод и вход первого дополнительного отстойника для сточных вод, выход первого дополнительного отстойника для сточных вод и вход второго дополнительного отстойника для сточных вод, а также выход второго дополнительного отстойника для сточных вод и вход третьего дополнительного отстойника соединяют между собой через идентичные друг другу дренажные системы и идентичные друг другу системы естественной аэрации воды кислородом, находящемся в воздухе, посредством которых дополнительно осуществляется очищение и обеззараживание сточной воды путем ее фильтрации через дренажные системы и прохождения через системы естественной аэрации.