СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2008 года по МПК B01D21/00 C02F1/34 C02F1/74 

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для предварительной водоподготовки питьевой воды в интересах здоровья населения, для очистки промышленных и бытовых сточных вод в интересах экологии, для очистки оборотных вод - в интересах рационального природопользования.

Известен способ очистки воды от взвешенных веществ (ВВ), заключающийся в отделении твердых частиц от жидкой фазы (воды) посредством пропускания фильтруемой суспензии (вода с ВВ) 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/.

Основные недостатки данного способа.

1. Низкая производительность из-за ограниченной площади фильтра.

2. Невозможность фильтрации крупнодисперсных (КДЧ) размером более 250 мкм, мелкодисперсных (МДЧ) размером 0,5-50 мкм и коллоидных (КЧ) частиц размером менее 0,5 мкм и др.

Известен способ очистки воды от ВВ, заключающийся в незначительной - менее 30% очистке от КДЧ в илоотстойнике (отстойник с наиболее грязной водой), частичной - 30-70% очистке от КДЧ и незначительной очистке от среднедисперсных частиц (СДЧ) размером 50-250 мкм, в первом дополнительном отстойнике, в практически полной - 70...95% очистке от КДЧ, частичной очистке от СДЧ и незначительной очистке от МДЧ размером 0,5-50 мкм во втором дополнительном отстойнике, в полной - выше 95% очистке от КДЧ, СДЧ и практически полной очистке от МДЧ в специальном сооружении /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых // под ред. B.C.Ямщикова. - М.: Наука, 1987, с.225-228/.

Основные недостатки данного способа.

1. Недостаточная производительность.

2. Невозможность полной очистки сточных вод от МДЧ и КЧ.

3. Недостаточная эффективность очистки сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях (дождь и т.д.).

4. Недостаточная эффективность очистки сточных вод в неблагоприятных геолого-минералогических условиях (преобладание глинистых песков и т.д.).

5. Высокая стоимость очищения заданного объема сточных вод и др.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ очистки воды от ВВ, выбранный в качестве способа-прототипа, заключающийся в ее полной очистке от КДЧ и СДЧ, практически полной очистке от МДЧ и частичном обеззараживании от микроорганизмов в отстойнике для оборотных вод путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы, а также последовательного по частоте, формирования бегущих акустических волн (БАВ) звукового диапазона (ЗД) - от 2 кГц до 10 кГц, верхнего звукового (ВЗД) - от 10 кГц до 20 кГц и ультразвукового диапазона (УЗД) - выше 20 кГц; в первом дополнительном отстойнике, подключенном к выходу отстойника для оборотных вод, осуществляется полная очистка от КДЧ, практически полная очистка от СДЧ и частичная очистка от МДЧ путем периодического и последовательного формирования БАВ низкого звукового диапазона (НЗД) - от 20 Гц до 2 кГц, ЗД, ВЗД и УЗД частот; во втором дополнительном отстойнике, подключенном к выходу первого, осуществляется полная очистка от СДЧ, практически полная очистка от МДЧ и частичное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического и последовательного формирования интенсивных стоячих акустических волн (CAB) ЗД, ВЗД и УЗД; в третьем дополнительном отстойнике, подключенном к выходу второго, осуществляются полная очистка от МДЧ и практически полное обеззараживание от микроорганизмов путем периодического и последовательного формирования интенсивных CAB ЗД, ВЗД и УЗД частот; в специальном устройстве, в качестве которого используется акустический гидроциклон, подключенный к выходу третьего дополнительного отстойника, осуществляются полная очистка и полное обеззараживание от микроорганизмов сточной воды 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; дополнительно осуществляются очищение и обеззараживание сточной воды путем ее фильтрации через дренажные системы и прохождения через системы естественной аэрации воды кислородом, находящимся в воздухе /Бахарев С.А. - патент RU 2280490 C1, 27.07.2006/.

Основные недостатки способа-прототипа.

1. Невозможность требуемой степени очистки от МДЧ и тем более КЧ.

2. Недостаточная эффективность очистки сточных вод в неблагоприятных погодно-климатических условиях (дождь и т.д.).

3. Недостаточная эффективность очистки сточных вод в неблагоприятных геолого-минералогических условиях (преобладание глинистых песков и т.д.).

4. Высокая стоимость очищения заданного объема сточных вод и др.

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

Технический результат предложенного способа заключается в эффективной очистки большой массы воды от ВВ относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в том числе в неблагоприятных погодно-климатических и геолого-минералогических условиях. При этом очищенная вода соответствует санитарно-гигиенических требованиям, предъявляемым в государстве к условно-питьевым (предварительная водоподготовка питьевой воды), а также промышленным или бытовым сточным водам.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки воды от ВВ, заключающемся в очистке от КДЧ, СДЧ и от МДЧ с использованием излучения акустических волн первого и второго дополнительных отстойников и осуществления естественной аэрации воды, в первом дополнительном отстойнике осуществляется практически полная очистка от КДЧ, частичная очистка от СДЧ и незначительная очистка от МДЧ путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн, во втором дополнительном отстойнике осуществляется полная очистка от КДЧ, практически полная очистка от СДЧ, частичная очистка от МДЧ и незначительная очистка от КЧ путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн, в отстойнике-накопителе, подключенном своим входом к выходу второго дополнительного отстойника, а своим выходом к входу естественного водоема, осуществляется полная очистка от СДЧ, практически полная очистка от МДЧ и частичная очистка от КЧ путем апериодического - с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн, при этом процесс агрегатообразования происходит за счет того, что под воздействием гидроакустических и акустических волн более подвижные МДЧ и СДЧ прилипают к менее подвижным КДЧ, а интенсивное выпадение в осадок ВВ происходит за счет того, что вновь образовавшиеся частицы существенно больше по массе, чем исходные частицы, а также за счет того, что все частицы, в том числе вновь образованные, придавливаются ко дну акустическими волнами, распространяющимися от поверхности до дна по всей площади отстойников, дополнительно в водотехническом сооружении осуществляются первая непрерывная искусственная аэрация и равномерное механическое перемешивание всей массы, поступающей для очистки воды, содержащей КДЧ, СДЧ, МДЧ и КЧ, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике, гидроакустические и акустические волны имеют одинаковые длины волн в воде, которые являются наиболее оптимальными для агрегатообразования частиц, преобладающих в соответствующем отстойнике с гидроакустическими и акустическими излучателями, дополнительно в местах слива осуществляется механическое дробление верхней части сливаемой воды на микропотоки, осуществляются турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация верхней части очищаемой воды, дополнительно в водотехническом сооружении, в первом и втором дополнительных отстойниках, а также в отстойнике-накопителе осуществляются сбор и удаление осадка, при этом объем отстойника-накопителя превышает суммарный объем водотехнического сооружения, первого и второго дополнительных отстойников.

На фиг.1 и 2 представлены структурные схемы устройства, реализующего разработанный способ очистки воды от ВВ.

Устройство содержит входной водовод (1), очистное сооружение (2) и выходной водовод (3). При этом очистное сооружение содержит водотехническое сооружение (4) с устройством (5) непрерывной искусственной аэрации и устройством (6) равномерного механического перемешивания поступающей для очистки воды, идентичные друг другу системы (7) слива и аэрации верхнего слоя воды, идентичные друг другу системы (8) сбора и удаления осадка, первый дополнительный отстойник (9), второй дополнительный отстойник (10) и отстойник-накопитель (11). При этом очищаемая вода содержит КДЧ размером l_кдч и массой m_кдч, СДЧ размером l_сдч и массой m_сдч, МДЧ размером l_мдч и массой m_мдч, а также КЧ размером l_кч и массой m_кч.

Устройство содержит последовательно электрически соединенные первый генератор (12) сигналов, первый многоканальный (не менее 2-х каналов) усилитель мощности (13), а также параллельно электрически соединенные первый гидроакустический излучатель (14) и первый акустический излучатель (15); последовательно электрически соединенные второй генератор (16) сигналов, второй многоканальный (не менее 2-х каналов) усилитель мощности (17), а также параллельно электрически соединенные второй гидроакустический излучатель (18) и второй акустический излучатель (19); последовательно электрически соединенные третий генератор (20) сигналов, третий многоканальный (не менее 2-х каналов) усилитель мощности (21), а также параллельно электрически соединенные третий гидроакустический излучатель (22) и третий акустический излучатель (23).

На фиг.3 для примера иллюстрируется распределение ВВ в вертикальной (фиг.3а) и горизонтальной (фиг.3б) плоскостях в очищаемой воде первого дополнительного отстойника: без излучения гидроакустических и акустических волн, а также с их излучением в вертикальной (фиг.3в) и горизонтальной (фиг.3г) плоскостях.

Как видно из фиг.3в, г, излучение гидроакустических волн длиной λ₁ и акустических волн длиной λ₁* приводит к тому, что в водной среде более мелкие ВВ прибиваются и прилипают к более крупным ВВ (например, СДЧ к МДЧ, МДЧ к СДЧ и КДЧ и т.д.), т.е. ВВ преодолевают существовавшее до этого некоторое «критическое расстояние». В результате образуются более крупные по массе и размеру частицы ВВ, которые за счет возросшей силы тяжести быстрее выпадают в осадок, чем исходные частицы. Кроме того, под воздействием проникших из воздушной среды в водную среду (сверху-вниз) по всей ее поверхности акустических волн все частицы как исходные (КДЧ, СДЧ и др.), так и вновь образовавшиеся (КДЧ и СДЧ, СДЧ и МДЧ и др.) придавливаются от поверхности до дна во всей толще сточной воды.

Способ реализуется следующим образом (фиг.1, 2, 3).

В процессе предварительной водоподготовки питьевой воды, или в процессе очистки промышленных и бытовых сточных вод, или в процессе очистки оборотных вод по входному водоводу (1) на вход водотехнического сооружения (4) очистного сооружения (2) поступает вода, содержащая КДЧ размером l_кдч и массой m_кдч, СДЧ размером l_сдч и массой m_сдч, МДЧ размером l_мдч и массой m_мдч, а также КЧ размером l_кч и массой m_кч.

После заполнения водотехнического сооружения (4) очищаемой водой до заданного уровня, обеспечивающего последующий равномерный слив воды, при помощи устройства (5) осуществляется искусственное формирование пузырьков воздуха диаметром, близким к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике, и равномерное насыщение ими всего объема воды (например, посредством трубок с отверстиями, равномерно уложенными по всему дну водотехнического сооружения), находящейся в водотехническом сооружении (4). Одновременно с этим при помощи устройства (6) осуществляется равномерное механическое перемешивание поступающей в водотехническое сооружение (4) воды, содержащей КДЧ, СДЧ, МДЧ и КЧ. Под воздействием силы тяжести незначительная часть КДЧ выпадает в осадок.

С выхода водотехнического сооружения (4) верхний слой воды, толщиной в несколько сантиметров, равномерно перемешенный и насыщенный пузырьками воздуха, через систему (7) слива и аэрации (естественной - за счет падения с высоты, в несколько раз превышающей толщину слоя сливаемой воды, и искусственной - за счет наличия зубчатых порогов) поступает на вход первого дополнительного отстойника (9). При этом порог системы (7) позволяет осуществлять равномерный слив всего верхнего слоя очищаемой воды, а зубцы порогов - механическое дробление сливаемого слоя воды на микропотоки, турбулизацию и перемешивание микропотоков, а также осуществлять вторую искусственную аэрацию верхнего слоя очищаемой воды.

Одновременно с этим через систему (8) осуществляется сбор и удаление осадка (незначительная часть КДЧ, ранее находившаяся во взвешенном состоянии) из водотехнического сооружения (4).

После заполнения первого дополнительного отстойника (9) сточной водой до заданного уровня, обеспечивающего последующий равномерный слив воды, начинается процесс практически полной очистки от КДЧ, частичной очистки от СДЧ и незначительной очистки от МДЧ.

Это достигается за счет того, что с помощью первого генератора (12) осуществляется формирование сигнала с заданными параметрами (частота, форма сигнала и др.), а в первом многоканальном усилителе мощности (13) - его усиление до необходимого уровня. С первого выхода первого усилителя мощности (13) сигнал по водонепроницаемому кабелю поступает на вход первого гидроакустического излучателя (14), а со второго выхода первого усилителя мощности (13) сигнал по кабелю поступает на вход первого акустического излучателя (15).

С помощью первого гидроакустического излучателя (14), установленного в центре первого дополнительного отстойника (9), осуществляется периодическое - с чередованием режимов излучения и паузы излучение в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн длиной λ₁. Одновременно с этим, при помощи первого акустического излучателя (15), установленного на нижнем краю (в месте слива воды) первого дополнительного отстойника (9), осуществляется непрерывное излучение (сверху - вниз и навстречу потоку воды) из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн длиной λ₁*. При этом длины волн λ₁ и λ₁ ^* в воде равны между собой и являются наиболее оптимальными для агрегатообразования частиц, преобладающих в первом дополнительном отстойнике.

Агрегатообразование происходит за счет того, что под воздействием гидроакустических и акустических волн подвижные мелкие частицы (МДЧ и др.) прилипают друг к другу и к более крупным (СДЧ и др.), но менее подвижным (из-за своей массы и размеров) частицам. При этом интенсивное выпадение в осадок ВВ происходит за счет того, что вновь образовавшиеся частицы существенно больше по массе, чем исходные частицы, а также за счет того, что все частицы, в том числе вновь образовавшиеся, придавливаются ко дну акустическими волнами, распространяющимися от поверхности до дна по всей площади первого дополнительного отстойника (9) навстречу потоку очищаемой воды.

С выхода первого дополнительного отстойника (9) верхний слой воды, толщиной в несколько (более 1 см) сантиметров, равномерно перемешенный и насыщенный пузырьками воздуха, через систему (7) слива и аэрации (за счет падения с высоты, в несколько раз превышающей толщину слоя сливаемой воды, и за счет наличия зубчатых порогов) поступает на вход второго дополнительного отстойника (10). При этом порог системы (7) позволяет осуществлять равномерный слив всего верхнего слоя очищаемой воды, а зубцы порогов - механическое дробление сливаемого слоя воды на микропотоки, турбулизацию и перемешивание микропотоков, а также осуществлять вторую искусственную аэрацию верхнего слоя очищаемой воды. Одновременно с этим через систему (8) осуществляются сбор и удаление осадка (практически всех КДЧ, частично СДЧ и незначительно МДЧ, ранее находившихся во взвешенном состоянии) из первого дополнительного отстойника (9).

Процесс очистки воды от ВВ во втором дополнительном отстойнике (10) и в отстойнике-накопителе (11) осуществляется аналогичным образом.

После заполнения второго дополнительного отстойника (10) сточной водой до заданного уровня, обеспечивающего последующий равномерный слив воды, начинается процесс полной очистки от КДЧ, практически полной очистки от СДЧ, частичной очистки от МДЧ и незначительной очистки от КЧ. Это достигается за счет того, что с помощью второго генератора (16) осуществляется формирование сигнала, а во втором многоканальном усилителе мощности (17) его усиление до необходимого уровня. С первого выхода второго усилителя мощности (17) сигнал по водонепроницаемому кабелю поступает на вход второго гидроакустического излучателя (18), а со второго выхода второго усилителя мощности (17) сигнал по кабелю поступает на вход второго акустического излучателя (19).

С помощью второго гидроакустического излучателя (18), установленного в центре второго дополнительного отстойника (10), осуществляется периодическое - с чередованием режимов излучения и паузы излучение в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн длиной λ₂. Одновременно с этим при помощи второго акустического излучателя (19), установленного на нижнем краю второго дополнительного отстойника (10), осуществляется непрерывное излучение (сверху - вниз и навстречу движущемуся потоку воды) из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн длиной λ₂*. При этом длины волн λ₂ и λ₂* в воде равны между собой и являются наиболее оптимальными для агрегатообразования частиц, преобладающих во втором дополнительном отстойнике (10).

Акустическое агрегатообразование происходит за счет того, что под воздействием гидроакустических и акустических волн подвижные мелкие частицы прилипают друг к другу и к более крупным, но менее подвижным частицам. При этом интенсивное выпадение в осадок ВВ происходит за счет того, что вновь образовавшиеся частицы существенно больше по массе, чем исходные частицы, а также за счет того, что все частицы, в том числе вновь образовавшиеся, придавливаются ко дну акустическими волнами, распространяющимися от поверхности до дна по всей площади второго дополнительного отстойника (10) навстречу потоку очищаемой воды.

С выхода второго дополнительного отстойника (10) верхний слой воды, толщиной в несколько сантиметров, равномерно перемешенный и насыщенный пузырьками воздуха, через систему (7) слива и аэрации поступает на вход отстойника-накопителя (11). Одновременно с этим, через систему (8) осуществляются сбор и удаление осадка (все КДЧ, практически все СДЧ, частично МДЧ и незначительно КЧ, ранее находившиеся во взвешенном состоянии) из второго дополнительного отстойника (10).

После заполнения отстойника-накопителя (11) сточной водой до заданного уровня, обеспечивающего последующий равномерный слив воды, начинается процесс полной очистки от СДЧ, практически полной очистки от МДЧ и частичной очистки от КЧ.

Это достигается за счет того, что с помощью третьего генератора (20) осуществляется формирование сигнала, а в третьем многоканальном усилиителе мощности (21) его усиление до необходимого уровня. С первого выхода третьего усилителя мощности (21) сигнал по водонепроницаемому кабелю поступает на вход третьего гидроакустического излучателя (22), а со второго выхода третьего усилителя мощности (21) сигнал по кабелю поступает на вход второго акустического излучателя (23).

С помощью третьего гидроакустического излучателя (2), установленного в центре отстойника-накопителя (11), осуществляется периодическое - с чередованием режимов излучения и паузы излучение в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн длиной λ₃. Одновременно с этим при помощи третьего акустического излучателя (23), установленного на нижнем краю отстойника-накопителя (11), осуществляется непрерывное излучение (сверху вниз и навстречу потоку воды) из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн длиной λ₃*. При этом длины волн λ₃ и λ₃* в воде равны между собой и являются наиболее оптимальными для агрегатообразования частиц, преобладающих в отстойнике-накопителе (11).

Агрегатообразование происходит за счет того, что под воздействием гидроакустических и акустических волн подвижные мелкие частицы прилипают друг к другу и к более крупным, но менее подвижным частицам. При этом интенсивное выпадение в осадок ВВ происходит за счет того, что вновь образовавшиеся частицы существенно больше по массе, чем исходные частицы, а также за счет того, что все частицы, в том числе вновь образовавшиеся, придавливаются ко дну акустическими волнами, распространяющимися от поверхности до дна по всей площади отстойника-накопителя (11) навстречу потоку очищаемой воды.

С выхода отстойника-накопителя (11) верхний слой воды, толщиной в несколько сантиметров, равномерно перемешенный и насыщенный пузырьками воздуха, через систему (7) слива и аэрации поступает в выходной водовод (3). Одновременно с этим через систему (8) осуществляются сбор и удаление осадка (все СДЧ, практически все МДЧ и частично КЧ, ранее находившиеся во взвешенном состоянии) из отстойника-накопителя (11), являющегося выходом очистного сооружения (2).

При этом из вышесказанного можно сделать следующий вывод.

1. Возможность требуемой степени очистки воды от МДЧ достигается за счет того, что

- используются гидроакустические и акустические волны, имеющие в воде одинаковые длины и которые наиболее оптимальны для агрегатообразования преобладающих частиц;

- осуществляется первая искусственная аэрация всей массы воды, поступающей для очистки, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике;

- в местах равномерного слива всей верхней части очищаемой воды осуществляются ее дробление на микропотоки, турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация всей верхней части очищаемой воды.

2. Высокая эффективность очистки воды в неблагоприятных погодно-климатических условиях (интенсивный дождь и т.д.) достигается за счет того, что:

- используются гидроакустические и акустические волны, имеющие в воде одинаковые длины и которые наиболее оптимальны для агрегатообразования преобладающих частиц;

- осуществляется первая искусственная аэрация всей массы воды, поступающей для очистки, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике;

- в местах равномерного слива всей верхней части очищаемой воды осуществляются ее дробление на микропотоки, турбулизация и пермешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация всей верхней части очищаемой воды;

- в водотехническом сооружении осуществляется равномерное механическое перемешивание всей массы воды, поступающей для очистки;

- осуществляются сбор и удаления осадка, при этом объем отстойника-накопителя превышает суммарный объем первого дополнительного отстойника, второго дополнительного отстойников, а также водотехнического сооружения.

3. Высокая эффективность очистки воды в неблагоприятных геолого-минералогических условиях (преобладание во взвесях МДЧ и КЧ) достигается за счет того, что

- используются гидроакустические и акустические волны, имеющие в воде одинаковые длины и которые наиболее оптимальны для агрегатообразования преобладающих частиц;

- осуществляется первая искусственная аэрация всей массы воды, поступающей для очистки, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике;

- в местах равномерного слива всей верхней части очищаемой воды осуществляются ее дробление на микропотоки, турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация всей верхней части очищаемой воды;

- в водотехническом сооружении осуществляется равномерное механическое перемешивание всей массы воды, поступающей для очистки;

- осуществляются сбор и удаления осадка, при этом объем отстойника-накопителя превышает суммарный объем первого дополнительного отстойника, второго дополнительного отстойника, а также водотехнического сооружения.

Отличительные признаки заявляемого способа.

1. Дополнительно в водотехническом сооружении осуществляются первая непрерывная искусственная аэрация и равномерное механическое перемешивание всей массы поступающей для очистки воды, содержащей КДЧ, СДЧ, МДЧ и КЧ, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике.

2. Вместо гидроакустических и акустических волн ЗД и УЗД используются гидроакустические и акустические волны, имеющие одинаковые длины волн в воде, при этом длины волн являются наиболее оптимальными для агрегатообразования частиц, преобладающих в соответствующем отстойнике с гидроакустическими и акустическими излучателями: первом дополнительном отстойнике, втором дополнительном отстойнике, а также в отстойнике-накопителе.

3. Дополнительно в местах слива осуществляются механическое дробление верхней части сливаемой воды на микропотоки, турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация верхней части очищаемой воды.

4. Дополнительно в водотехническом сооружении, в первом дополнительном отстойнике, во втором дополнительном отстойники, а также в отстойнике-накопителе осуществляются сбор и удаление осадка, при этом объем отстойника-накопителя превышает суммарный объем водотехнического сооружения, первого дополнительного отстойника и второго дополнительного отстойника.

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.

Признак 2 является новым и не известно его использование для очистки воды.

Признак 1 («диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике») является новым, в то же время известны «искусственная аэрация и равномерное механическое перемешивание массы воды».

Признак 3 является известным, но не известно его использование для «второй искусственной аэрации верхней части очищаемой воды».

Признак 4 является известным.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в совокупности с известными обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - эффективно очищать большие массы воды от ВВ относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в том числе в неблагоприятных погодно-климатических и геолого-минералогических условиях, а также в приемлемой для практики степени очистки воды от ВВ.

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 мае-сентябре 2005 г. на участке «Пенистый», а в мае-сентябре 2006 г. - на участке «Левтыринываям» ЗАО «Корякгеолдобыча» (п-ов Камчатка), а полупромышленные испытания в ноябре 2006 г. на исследовательском и лабораторном стендах Сеульского государственного университета (Республика Корея).

На фиг.4 иллюстрируются некоторые результаты промышленной оценки эффективности разработанного способа очистки воды от ВВ.

На фиг 4,а цифрами 1, 2 и 3 обозначены графические зависимости содержания (S, мг/л) ВВ в верхнем (˜5 см) слое воды в нижней части первого дополнительного отстойника (индекс I), в верхней части второго дополнительного отстойника (индекс II), в нижней части второго дополнительного (индекс III), в верхней части отстойника-накопителя (индекс IV) и в нижней части отстойника-накопителя (индекс V) в штатном (кривая №1) режиме его работы, при реализации способа-прототипа (кривая №2) и при реализации разработанного способа (кривая №3) в неблагоприятных погодно-климатических условиях (дождь средней интенсивности). При этом содержание ВВ в воде на входе очистного сооружения во всех случаях составляло ˜620 мг/л.

Как видно из фиг.4,а, содержание ВВ в сточной воде в нижней части отстойника-накопителя составляло ˜470 мг/л в штатном режиме работы (эффективность очистного сооружения ˜24%), ˜115 мг/л при реализации способа-прототипа (эффективность ˜81%) и ˜55 мг/л при реализации разработанного способа (эффективность ˜91%). При этом частные показатели эффективности составили:

- для первого дополнительного отстойника: ˜20% (S_вых=495 мг/л) в штатном режиме, ˜55% (S_вых=280 мг/л) при реализации способа-прототипа и ˜65% (S_вых=215 мг/л) при реализации разработанного способа;

- для второго дополнительного отстойника: ˜3% (S_вх=495 мг/л S_вых=470 мг/л) в штатном режиме, ˜10% (S_вх=275 мг/л S_вых=248 мг/л) при реализации способа-прототипа и ˜15% (S_вых=200 мг/л S_вых=170 мг/л) при реализации разработанного способа;

- для отстойника-накопителя: ˜0% (S_вх=470 мг/л S_вых=470 мг/л) в штатном режиме, ˜53% (S_вх=245 мг/л S_вых=115 мг/л) при реализации способа-прототипа и ˜65% (S_вых=160 мг/л S_вых=55 мг/л) при реализации разработанного способа.

На фиг 4,б, цифрами 1, 2 и 3 обозначены графические зависимости содержания (S, мг/л) ВВ в верхнем (˜5 см) слое воды в нижней части первого дополнительного отстойника (индекс I), в верхней части второго дополнительного отстойника (индекс II), в нижней части второго дополнительного (индекс III), в верхней части отстойника-накопителя (индекс IV) и в нижней части отстойника-накопителя (индекс V) в штатном (кривая №1) режиме его работы, при реализации способа-прототипа (кривая №2) и при реализации разработанного способа (кривая №3) в неблагоприятных геолого-минералогических условиях (преобладание глинистых фракций в платиносодержащих песках), но в благоприятных погодно-климатических условиях (без осадков). При этом содержание ВВ в воде на входе очистного сооружения во всех случаях составляло ˜510 мг/л.

Как видно из фиг.4,б, содержание ВВ в сточной воде в нижней части отстойника-накопителя составляло ˜420 мг/л в штатном режиме работы (эффективность очистного сооружения ˜18%), ˜145 мг/л при реализации способа-прототипа (эффективность ˜72%) и ˜65 мг/л при реализации разработанного способа (эффективность ˜87%).

На фиг.5,а иллюстрируются некоторые результаты полупромышленной оценки эффективности разработанного способа очистки воды от ВВ. При этом цифрами 1, 2 и 3 обозначены графические зависимости содержания (S, мг/л) ВВ в верхнем (˜5 см) слое очищаемой воды полупромышленного стенда в штатном (кривая №1) режиме, при реализации способа-прототипа (кривая №2) и при реализации разработанного способа (кривая №3), а содержание ВВ в воде на входе полупромышленного стенда во всех случаях составляло ˜1000 мг/л.

Как видно из фиг.5,а, уже в течение первых 30 мин содержание ВВ в верхнем (˜5 см) слое сточной воды уменьшилось:

- в результате простого отстаивания ˜ до 500 мг/л (эффективность ˜50%);

- у способа-прототипа ˜ до 320 мг/л (эффективность ˜68%);

- у разработанного способа ˜ до 100 мг/л (эффективность ˜90%).

На фиг.5,б цифрами 1, 2 и 3 обозначены графические зависимости содержания (S, мг/л) ВВ в верхнем (˜5 см) слое очищаемой воды в емкости со столбом воды высотой 1 м в штатном (кривая №1) режиме, при реализации способа-прототипа (кривая №2) и при реализации разработанного способа (кривая №3). При этом в качестве частного показателя эффективности было выбрано время (Т, мин), в течение которого регистрировалось уменьшение содержания ВВ в воде при заданных исходной концентрации (1000 мг/л) и дисперсности (МДЧ и КЧ).

Как видно из фиг.5,б, заметное уменьшение содержания ВВ в воде наблюдалось также уже в течение первых 30 мин, и содержание ВВ уменьшилось ˜ до 700 мг/л (простое отстаивание, эффективность способа ˜30%), ˜ до 500 мг/л (способ-прототип, эффективность ˜50%), ˜ до 375 мг/л (разработанный способ, эффективность ˜62%).

Таким образом, можно сделать следующий вывод.

1. Возможность требуемой степени очистки воды от МДЧ достигнута за счет того, что

- использовались гидроакустические и акустические волны, имеющие в воде одинаковые длины и которые были наиболее оптимальными для агрегатообразования преобладающих частиц;

- осуществлялась первая искусственная аэрация всей массы воды, поступающей для очистки, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха был близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике;

- в местах равномерного слива всей верхней части очищаемой воды осуществлялись ее дробление на микропотоки, турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация всей верхней части очищаемой воды.

2. Высокая эффективность очистки воды в неблагоприятных погодно-климатических условиях (дождь и т.д.) достигнута за счет того, что

- использовались гидроакустические и акустические волны, имеющие в воде одинаковые длины и которые были наиболее оптимальными для агрегатообразования преобладающих частиц;

- осуществлялась первая искусственная аэрация всей массы воды, поступающей для очистки, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха был близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике;

- в местах равномерного слива всей верхней части очищаемой воды осуществлялись ее дробление на микропотоки, турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация всей верхней части очищаемой воды;

- в водотехническом сооружении осуществлялось равномерное механическое перемешивание всей массы воды, поступающей для очистки;

- осуществлялись сбор и удаление осадка из водотехнического сооружения, первого и второго дополнительных отстойников, а также отстойника-накопителя. При этом объем отстойника-накопителя превышал суммарный объем первого дополнительного отстойника, второго дополнительного отстойника, а также водотехнического сооружения.

3. Высокая эффективность очистки воды в неблагоприятных геолого-минералогических условиях (преобладание МДЧ) достигнута за счет того, что

- использовались гидроакустические и акустические волны, имеющие в воде одинаковые длины и которые были наиболее оптимальными для агрегатообразования преобладающих частиц;

- осуществлялась первая искусственная аэрация всей массы воды, поступающей для очистки, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха был близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике;

- в местах равномерного слива всей верхней части очищаемой воды осуществлялись ее дробление на микропотоки, турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация всей верхней части очищаемой воды;

- в водотехническом сооружении осуществлялось равномерное механическое перемешивание всей массы воды, поступающей для очистки;

- осуществлялся сбор и удаления осадка из водотехнического сооружения, первого и второго дополнительных отстойников, а также отстойника-накопителя. При этом объем отстойника-накопителя превышал суммарный объем первого дополнительного отстойника, второго дополнительного отстойников, а также водотехнического сооружения.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для предварительной водоподготовки питьевой воды, очистки промышленных сточных вод и бытовых сточных вод, а также для очистки оборотных вод предприятий. Воду очищают от крупнодисперсных, среднедисперсных и мелкодисперсных частиц с использованием излучения акустических волн в первом дополнительном отстойнике, во втором дополнительном отстойнике и в остойнике-накопителе путем периодического, с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн. Процесс агрегатообразования происходит за счет того, что под воздействием гидроакустических и акустических волн более подвижные мелкодисперсные и среднедисперсные частицы прилипают к менее подвижным крупнодисперсным частицам. Интенсивное выпадение в осадок взвешенных веществ происходит за счет того, что вновь образовавшиеся частицы существенно больше по массе, чем исходные частицы, а также за счет того, что все частицы, в том числе вновь образовавшиеся, придавливаются ко дну акустическими волнами, распространяющимися от поверхности до дна по всей площади отстойников. Дополнительно в водотехническом сооружении осуществляются первая непрерывная искусственная аэрация и равномерное механическое перемешивание всей массы поступающей для очистки воды, содержащей крупнодисперсные, среднедисперсные, мелкодисперсные и коллоидные частицы. Технический результат: эффективная очистка большой массы воды от взвешенных веществ относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах. 5 ил.

Способ очистки воды от взвешенных веществ, заключающийся в очистке от крупнодисперсных, среднедисперсных и от мелкодисперсных частиц с использованием излучения акустических волн, первого и второго дополнительных отстойников, и осуществления естественной аэрации воды, отличающийся тем, что в первом дополнительном отстойнике осуществляется практически полная очистка от крупнодисперсных частиц, частичная очистка от среднедисперсных частиц и незначительная очистка от мелкодисперсных частиц путем периодического с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн, во втором дополнительном отстойнике осуществляется полная очистка от крупнодисперсных частиц, практически полная очистка от среднедисперсных частиц, частичная очистка от мелкодисперсных частиц и незначительная очистка от коллоидных частиц путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн, в остойнике-накопителе, подключенном своим входом к выходу второго дополнительного отстойника, а своим выходом - к входу естественного водоема, осуществляется полная очистка от среднедисперсных частиц, практически полная очистка от мелкодисперсных частиц и частичная очистка от коллоидных частиц путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы излучения в водной среде по всему ее объему гидроакустических волн, а также непрерывного излучения из воздушной среды в водную среду по всей ее поверхности акустических волн, при этом процесс агрегатообразования происходит за счет того, что под воздействием гидроакустических и акустических волн более подвижные мелкодисперсные и среднедисперсные частицы прилипают к менее подвижным крупнодисперсным частицам, а интенсивное выпадение в осадок взвешенных веществ происходит за счет того, что вновь образовавшиеся частицы существенно больше по массе, чем исходные частицы, а также за счет того, что все частицы, в том числе вновь образовавшиеся, придавливаются ко дну акустическими волнами, распространяющимися от поверхности до дна по всей площади отстойников, дополнительно в водотехническом сооружении осуществляется первая непрерывная искусственная аэрация и равномерное механическое перемешивание всей массы поступающей для очистки воды, содержащей крупнодисперсные, среднедисперсные, мелкодисперсные и коллоидные частицы, при этом диаметр сформированных пузырьков воздуха близок к длинам гидроакустических и акустических волн, излучаемых в первом дополнительном отстойнике, гидроакустические и акустические волны имеют одинаковые длины волн в воде, которые являются наиболее оптимальными для агрегатообразования частиц, преобладающих в соответствующем отстойнике с гидроакустическими и акустическими излучателями, дополнительно в местах слива осуществляется механическое дробление верхней части сливаемой воды на микропотоки, осуществляется турбулизация и перемешивание микропотоков, а также вторая искусственная аэрация верхней части очищаемой воды, дополнительно в водотехническом сооружении, в первом и втором дополнительных отстойниках, а также в отстойнике-накопителе осуществляется сбор и удаление осадка, при этом объем отстойника-накопителя превышает суммарный объем водотехнического сооружения, первого и второго дополнительных отстойников.