МАЛАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И/ИЛИ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ИХ ОСАДКОВ Российский патент 2008 года по МПК C02F11/12 B01D29/11 

Изобретение относится к малым автоматизированным установкам для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков, применяемым при водоотведении хозяйственно-бытовых стоков от малых населенных пунктов, отдельных или групп коттеджей, а также стоков животноводческих комплексов, и может быть использовано для получения очищенной, обеззараженной воды и комплексно обработанного - обезвоженного, сброженного и обеззараженного - осадка с возможностью его утилизации в качестве удобрения.

Известно устройство для обезвоживания и утилизации осадков сточных вод, содержащее корпус, выполненный в виде станины, с трубопроводом и запорной арматурой подвода осадков сточных вод, фильтрующий элемент с проницаемой поверхностью, приспособление для фиксирования фильтрующего элемента в вертикальном положении, соединенное с последним, лоток сбора фильтрата, установленный под фильтрующим элементом и связанный выходным патрубком с канализацией, блок утилизации обработанных осадков, расположенный рядом с корпусом. Фильтрующий элемент образован вертикальными фильтровальными перегородками, выполненными многослойными в форме полимерных мешков. Мешки снаружи внутрь расположены в следующей последовательности: мешок из гидрофобного синтетического нетканого каркасного материала, мешок из гидрофобного синтетического крупноячеистого материала, внутри которого вплотную размещен вкладыш, выполненный в виде картриджа из гидрофильного пористого материала. В центре вкладыша вдоль его вертикальной оси установлена перфорированная труба, отделяющая вкладыш от обезвоживаемых осадков. Обезвоживаемый осадок сточных вод подается внутрь этой трубы посредством гибкого шланга. Извлекается обработанный осадок из мешка, изготовленного из гидрофобного синтетического крупноячеистого материала, вручную. Этот мешок может быть подвергнут термическому обеззараживанию в пропарочной камере. При этом для подготовки осадков сточных вод к утилизации в качестве присадки используется добавка целлюлозосодержащих компонентов, преимущественно древесных опилок (патент RU 2183596, МПК⁷ С02F 1/00, В01D 29/27).

Недостатками описанного устройства являются отсутствие автоматизации управления его работой и пониженная эффективность обеззараживания, которое осуществляется при необходимости в пропарочной камере, не являющейся одним из элементов устройства,

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для комплексной очистки сточных вод и обработки их иловых осадков, содержащая накопительные емкости сточной смеси с иловым осадком, связанные с анаэробным стабилизатором и патрубком аварийного слива. Через входные патрубки с запорными устройствами накопительные емкости соединены с группами вертикальных фильтрующих элементов, имеющих проницаемые поверхности. Фильтрующие элементы закреплены в верхней части на фланцах и связаны с патрубками подвода горячего сжатого воздуха, подключенными к электрическим нагревателям с регулирующей арматурой. Фильтрующие элементы выполнены в виде рукавов из фильтрующей ткани, имеющих коническую или цилиндроконическую форму. Нижние части фильтрующих элементов снабжены патрубками с затворами для выгрузки сухих обработанных иловых осадков. При этом патрубки подвода горячего сжатого воздуха удлинены внутри фильтрующих элементов под слой илового осадка до верхних частей затворов для выгрузки сухих обработанных иловых осадков. Установка также оснащена приемной накопительной емкостью, связанной с фильтрующими элементами, лотками сбора фильтрата и термометром. Обрабатываемый иловый осадок распределяется через входные патрубки по фильтрующим элементам обслуживающим персоналом. В фильтрующих элементах иловый осадок подвергается термической обработке при температуре 70-85°С в течение 5-10 суток. Обработанный иловый осадок выгружается из фильтрующих элементов через затворы вручную. Эта установка выбрана в качестве наиболее близкого аналога (патент RU 2239608, МПК⁷ C02F 11/12, C02F 11/18).

Основными недостатками установки для комплексной очистки сточных вод и обработки их иловых осадков являются отсутствие обеспечения автоматизации управления ею, позволяющей осуществлять взаимосвязь расходов горячего сжатого воздуха и обрабатываемого материала; высокие энергозатраты, во-первых, вследствие необходимости высокотемпературной термической обработки иловых осадков в течение длительного периода времени, во-вторых, вследствие значительных тепловых потерь через фильтрующую ткань, в-третьих, из-за вертикального размещения фильтрующих элементов; значительные габариты, обусловленные использованием нескольких групп фильтрующих элементов, нескольких накопительных емкостей сточной смеси, приемных накопительных емкостей и лотков сбора фильтрата.

Задачей изобретения является обеспечение автоматизации управления установкой, снижение энергозатрат и уменьшение габаритов установки.

Поставленная задача достигается тем, что в малой автоматизированной установке для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков, содержащей накопительную емкость сточной смеси с патрубком аварийного слива, связанную через входной патрубок с фильтрующим элементом, имеющим проницаемую поверхность, патрубок для выгрузки обработанных осадков с приемной накопительной емкостью, связанный с фильтрующим элементом, а также лоток сбора фильтрата и нагреватель, согласно изобретению внутри горизонтального цилиндрического фильтрующего элемента установлен со смещением вниз относительно его оси введенный в установку соединенный с электродвигателем и редуктором через муфты сцепления шнек, в полости вала которого закреплен нагреватель. Снаружи этого фильтрующего элемента соосно и концентрично ему расположена оросительная промывная система, заключенная в расположенный соосно шнеку корпус, снабженный клапаном отвода газов брожения, с фильтрующим элементом и шнеком. Боковая поверхность фильтрующего элемента выполнена из стержневого каркаса и слоев металлической сетки, между которыми размещен слой полимерного гидрофобного материала, и соединена по торцам с трубными элементами. К входному патрубку присоединен своим выходным патрубком с электрической задвижкой введенный в установку блок приготовления реагентов, оснащенный датчиком-сигнализатором уровня реагентов. Лоток сбора фильтрата через свой выходной патрубок с электрической задвижкой подключен через насос на вход оросительной промывной системы. При этом накопительная емкость снабжена датчиками уровня сточной смеси и электрической задвижкой, установленной на патрубке аварийного слива, а в выходном патрубке накопительной емкости, встроенном во входной патрубок, размещен датчик расхода сточной смеси, в полости фильтрующего элемента установлен датчик уровня сточной смеси, и внутри боковой поверхности фильтрующего элемента встроен датчик температуры сточной смеси, причем названные датчики электрически связаны с блоком управления (БУ), в свою очередь связанным с электродвигателем, нагревателем, электрическими задвижками накопительной емкости, блока приготовления реагентов, входного патрубка, патрубка для выгрузки обработанных осадков и выходного патрубка лотка сбора фильтрата.

Автоматизация управления установкой обусловлена осуществлением взаимосвязи между подачей воды в оросительную промывную систему и периодами фильтрования, расходами сточной смеси и реагентов, уровнем сточной смеси в полости фильтрующего элемента, оптимальным нагревом и температурой сточной смеси с минимальным расходом электроэнергии, что регулируется БУ.

Снижение энергозатрат связано, во-первых, с уменьшением температуры обработки сточной смеси до оптимальной, составляющей 30-35°С, по сравнению с температурой термической обработки материала в установке, выбранной в качестве наиболее близкого аналога, путем автоматизации управления работой установки, так как при достижении необходимой температуры нагрева сточной смеси нагреватель отключается; во-вторых, с уменьшением тепловых потерь вследствие заключения в общий корпус фильтрующего элемента с нагревателем, установленным в полости вала шнека, и оросительной промывной системы; в-третьих, с горизонтальной установкой фильтрующего элемента, так как для очистки сточных вод и обработки их осадков в таком фильтрующем элементе требуется меньшее энергопотребление, чем для очистки сточных вод в установленном вертикально фильтрующем элементе.

Уменьшение габаритов установки обусловлено использованием лишь одного фильтрующего элемента, связанного с одной накопительной емкостью сточной смеси, одной приемной накопительной емкостью и одного лотка сбора фильтрата.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид малой автоматизированной установки для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков, на фиг.2 - разрез по линии А-А фиг.1, а также таблицей, на которой представлены виды взаимодействия отдельных элементов малой автоматизированной установки для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков.

Кроме того, на фиг.1 дополнительно обозначено следующее:

- сплошными линиями со стрелками показаны направления потоков жидкости;

- пунктирными линиями со стрелками показаны каналы передачи информационных и управляющих сигналов.

Малая автоматизированая установка для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков содержит корпус 1, внутри которого установлен горизонтальный цилиндрический фильтрующий элемент 2 с проницаемой боковой поверхностью. Боковая поверхность фильтрующего элемента 2 выполнена из стержневого каркаса 3, двух слоев 4 металлической сетки для грубой фильтрации, между которыми размещен слой 5 полимерного гидрофобного материала для тонкой фильтрации. Боковая поверхность фильтрующего элемента 2 соединена по торцам с трубными элементами 6. Внутри фильтрующего элемента 2 со смещением вниз относительно его оси и соосно корпусу 1 размещен перемешивающий шнек 7 с полым валом. Установка шнека 7 со смещением вниз относительно оси фильтрующего элемента 2 позволяет обеспечить качественное перемешивание обрабатываемой сточной смеси внутри фильтрующего элемента 2 без образования застойных зон сточной смеси внизу его полости благодаря максимальному приближению рабочего органа шнека 7 к области нижней части внутренней боковой поверхности фильтрующего элемента 2. В качестве сточной смеси использованы сточные воды с осадками или осадки сточных вод. Внутри полости вала шнека 7 закреплен нагреватель 8, выполненный в виде электрического тэна, с помощью кронштейна 9. Сточная смесь внутри фильтрующего элемента 2 нагревается до оптимальной температуры 30-35°С. Шнек 7 соединен с электродвигателем 10 и редуктором 11 муфтами сцепления 12. В местах контакта с фильтрующим элементом 2 и корпусом 1 шнек 7 закреплен подшипниковыми и сальниковыми узлами 13.

Во входной патрубок 14 встроен выходной патрубок 15 накопительной емкости сточной смеси 16. Блок 17 приготовления реагентов снабжен выходным патрубком 18. Сточная смесь подается внутрь накопительной емкости 16, а раствор реагентов - в блок 17 приготовления реагентов. В качестве реагентов для интенсификации процесса обезвоживания осадков применяются флокулянт катионного типа, например «Праестол-625», а для обеззараживания сточных вод и их осадков - овицидный препарат «Пуралат-Бингсти». Фильтрующий элемент 2 соединен через входной патрубок 14 с выходными патрубками 15, 18 и через патрубок 19 для выгрузки обработанных осадков - с приемной накопительной емкостью 20 для выгрузки обработанных осадков. Внутри корпуса 1 снаружи фильтрующего элемента 2, соосно и концентрично последнему, расположена оросительная промывная система 21 с форсунками 22 для промывки слоев 4 металлической сетки и слоя 5 полимерного гидрофобного материала. Корпус 1 снабжен клапаном 23 отвода газов брожения, имеет наклонное ложное дно 24 и через патрубок 25 с резервной задвижкой 26 соединен с лотком 27 сбора фильтрата.

В полости фильтрующего элемента 2 установлен датчик 28 уровня сточной смеси, электрически связанный с блоком управления 29, электрической задвижкой 34 и нагревателем 8.

БУ 29 представляет собой ЭВМ с аналого-цифровыми преобразователями и программным обеспечением для управления комплексной очисткой сточных вод и обработкой их осадков.

Внутри боковой поверхности фильтрующего элемента 2 встроен датчик 30 температуры сточной смеси, связанный электрически через БУ 29 с нагревателем 8. Электродвигатель 10 связан с БУ 29.

Внизу накопительной емкости 16 сточной смеси расположен патрубок 31 аварийного слива с электрической задвижкой 32, связанной с БУ 29. В верхней и нижней частях накопительной емкости 16 размещены датчики 33 уровня сточной смеси, связанные электрически через БУ 29 с электрической задвижкой 34, размещенной на входном патрубке 14.

В выходном патрубке 15 установлен датчик 35 расхода сточной смеси, связанный электрически через БУ 29 с электрической задвижкой 36, установленной на выходном патрубке 18 блока приготовления реагентов. В блоке приготовления реагентов 17 установлен датчик-сигнализатор 37 уровня реагентов, электрически связанный с БУ 29.

Патрубок 19 для выгрузки обработанных осадков снабжен электрической задвижкой 38, связанной с БУ 29. На выходном патрубке 39 лотка сбора фильтрата 27 установлена электрическая задвижка 40 и насос 41, связанные с БУ 29 и входом в оросительную промывную систему 21.

Таким образом, датчики 33 и 28 уровня сточной смеси, датчик 35 расхода сточной смеси, датчик-сигнализатор 37 уровня реагентов и датчик 30 температуры сточной смеси электрически связаны с БУ 29, в свою очередь связанным с электродвигателем 10, нагревателем 8, электрической задвижкой 32, накопительной емкостью 16 сточной смеси, электрической задвижкой 36, соединенной с блоком 17 приготовления реагентов, электрической задвижкой 34, размещенной на входном патрубке 14, электрической задвижкой 38, размещенной на патрубке 19 для выгрузки обработанных осадков, и электрической задвижкой 40, установленной на выходном патрубке 39, связанном с лотком 27 сбора фильтрата.

Малая автоматизированная установка для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков работает следующим образом.

Загрязненная сточная смесь, полученная при водоотведении, собирается в накопительную емкость 16. Датчиками 33 снимаются показания уровня сточной смеси, полученные информационные сигналы с которых передаются на БУ 29. Управляющий сигнал с БУ 29 подается на электрическую задвижку 34, которая открывает или закрывает поток сточной смеси, поступающей во входной патрубок 14, что позволяет автоматизировать загрузку сточной смеси в фильтрующий элемент 2. Закрытие задвижки 34 также происходит с помощью управляющего сигнала с БУ 29 в зависимости от уровня сточной смеси в фильтрующем элементе 2, измеряемой датчиком 28.

Датчиком 35 контролируется расход сточной смеси, и полученный информационный сигнал передается на БУ 29, управляющий сигнал с которого подается на электрическую задвижку 36 выходного патрубка 18, которой регулируется степень открытия или закрытия потока реагентов, поступающего во входной патрубок 14, что позволяет автоматизировать дозирование реагентов. При минимальном уровне реагентов в блоке 17 срабатывает датчик-сигнализатор 37.

При поломке фильтрующего элемента 2 сигнал с БУ 29 подается на электрическую задвижку 32, она открывается и происходит аварийный сброс сточной смеси на иловые площадки.

Сточная смесь, перемешанная с реагентами внутри входного патрубка 14, поступает в фильтрующий элемент 2.

Внутри фильтрующего элемента 2 обрабатываемая сточная смесь перемещается по спирали возвратно-поступательно вдоль шнека 7. Вращение шнека 7 осуществляется при включении электродвигателя 10 через БУ 29, а изменение направления вращения шнека 7 по часовой стрелке или против часовой стрелки, способствующее повышению качества перемешивания, производится путем переключения электродвигателя 10 через БУ 29.

Подогрев сточной смеси до оптимальной температуры 30-35°С осуществляется шнеком 7 через нагреватель 8, закрепленный внутри полости вала шнека 7. Включение электрического нагревателя 8 производится через БУ 29 в зависимости от уровня сточной смеси в полости фильтрующего элемента 2, измеряемого датчиком 28, что позволяет автоматизировать включение нагревателя 8 в работу. Измерение температуры смеси внутри фильтрующего элемента 2 производится датчиками 30 температуры, полученный информационный сигнал через БУ 29 передается на нагреватель 8, что позволяет оптимизировать степень нагрева сточной смеси.

Внутри фильтрующего элемента 2 производится отделение воды от сточной смеси, обезвоживание и сбраживание осадков, а также обеззараживание сточной смеси.

Отделяющаяся от смеси вода проходит через стенки фильтрующего элемента 2, собирается и отводится по наклонному ложному дну 24 через патрубок 25 в лоток 27 сбора фильтрата, из которого периодически сбрасывается в водоем.

Обезвоженные, сброженные и обеззараженные осадки сточной смеси выгружаются шнеком 7 в приемную накопительную емкость 20 через патрубок 19 для выгрузки обработанных осадков, на котором установлена электрическая задвижка 38, открытие и закрытие которой производятся управляющим сигналом с БУ 29, что позволяет автоматизировать выгрузку обработанных осадков в зависимости от времени обработки. Из приемной накопительной емкости 20 обработанные осадки периодически вывозятся на фермерские хозяйства, где они могут быть использованы в качестве удобрения, в лесопарковые и городские хозяйства, где они могут быть использованы для формирования ландшафта и рекультивации нарушенных земель.

Для отмывки поверхности фильтрующего элемента 2 от загрязнений оросительной промывной системой 21 периодически осуществляется подача воды по всей фильтрующей поверхности. В качестве промывной воды используется осветленная вода из лотка 27 сбора фильтрата. Подача промывной воды в оросительную систему 21 осуществляется насосом 41 через выходной патрубок 39 с электрической задвижкой 40. Открытие и закрытие задвижки 40, включение и выключение насоса 41 производятся управляющим сигналом с БУ 29, что позволяет автоматизировать подачу промывной воды в оросительную систему 21 в зависимости от периодов фильтрования. Газы брожения отводятся из корпуса 1 клапаном 23.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения при малых габаритах установки и полной автоматизации управления ею обеспечивает получение очищенной и обеззараженной воды и/или комплексно обработанных осадков при малых тепловых потерях и энергозатратах. Осадки, обработанные согласно предлагаемому изобретению, могут быть использованы на фермерских хозяйствах в качестве удобрения, в лесопарковых и городских хозяйствах для формирования ландшафта и рекультивации нарушенных земель.

ТаблицаВиды взаимодействия отдельных элементов малой автоматизированной установки для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадковИсточник сигналаПричина возникновения сигналаУправляющее воздействие№ позиции чертежаНазвание№ позиции адресатаНазваниеДействие адресата28Датчик уровняМаксимальный29БУОбработка сточной смесиуровень34Приводсигнала    электрической     задвижкиЗакрытие   8НагревательВключение29БУЗапуск шнека10ЭлектродвигательВключение-Выключение29БУПериодическое изменение направления вращения шнека10ЭлектродвигательПереключение29БУПоломка установки32Привод электрической задвижкиОткрытие-Закрытие29БУЗавершение обработки38Привод электрической задвижкиОткрытие-Закрытие29БУНачало и конец промывки40Привод электрической задвижкиОткрытие-Закрытие   41НасосВключение-Выключение30Датчик температурыИзменение температуры29БУОбработка сигнала сточной смеси 8НагревательИзменение напряжения33Датчик уровня сточной смесиМаксимальный - минимальный29БУОбработка сигнала  уровень34Привод электрической задвижкиОткрытие-Закрытие35ДатчикИзменение29БУОбработка
сигнала расхода сточной смесирасхода36Привод электрической задвижкиСтепень открытия-закрытия37Датчик-сигнализатор уровня реагентовМинимальный уровень29БУСигнализация

Малая автоматизированная установка для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков содержит накопительную емкость сточной смеси с патрубком аварийного слива, фильтрующий элемент, патрубок для выгрузки обработанных осадков, а также лоток сбора фильтрата и нагреватель. Внутри горизонтального цилиндрического фильтрующего элемента установлен со смещением вниз относительно его оси шнек, соединенный с электродвигателем и редуктором, причем в полости вала шнека закреплен нагреватель. Снаружи фильтрующего элемента соосно и концентрично ему расположена оросительная промывная система, заключенная в расположенный соосно шнеку корпус, снабженный клапаном отвода газов брожения. Боковая поверхность фильтрующего элемента выполнена из стержневого каркаса и слоев металлической сетки, между которыми размещен слой полимерного гидрофобного материала, и соединена по торцам с трубными элементами. К входному патрубку присоединен блок приготовления реагентов, оснащенный датчиком-сигнализатором уровня реагентов. Лоток сбора фильтрата подключен через насос на вход оросительной промывной системы. Накопительная емкость и полость фильтрующего элемента снабжены датчиками уровня сточной смеси, в выходном патрубке накопительной емкости размещен датчик расхода сточной смеси, а внутри боковой поверхности фильтрующего элемента встроен датчик температуры сточной смеси. Указанные датчики электрически связаны с блоком управления, в свою очередь связанным с электродвигателем, нагревателем, электрическими задвижками накопительной емкости, блока приготовления реагентов, входного патрубка, патрубка для выгрузки обработанных осадков и выходного патрубка лотка сбора фильтрата. Изобретение позволяет автоматизировать управление установкой, снизить энергозатраты и уменьшить габариты установки. 2 ил., 1 табл.

Малая автоматизированная установка для комплексной очистки сточных вод и/или комплексной обработки их осадков, содержащая накопительную емкость сточной смеси с патрубком аварийного слива, связанную через входной патрубок с фильтрующим элементом, имеющим проницаемую поверхность, патрубок для выгрузки обработанных осадков с приемной накопительной емкостью, связанный с фильтрующим элементом, а также лоток сбора фильтрата и нагреватель, отличающаяся тем, что внутри горизонтального цилиндрического фильтрующего элемента установлен со смещением вниз относительно его оси введенный в установку, соединенный с электродвигателем и редуктором через муфты сцепления шнек, в полости вала которого закреплен нагреватель, а снаружи этого фильтрующего элемента соосно и концентрично ему расположена оросительная промывная система, заключенная в расположенный соосно шнеку корпус, снабженный клапаном отвода газов брожения, с фильтрующим элементом и шнеком, боковая поверхность фильтрующего элемента выполнена из стержневого каркаса и слоев металлической сетки, между которыми размещен слой полимерного гидрофобного материала, и соединена по торцам с трубными элементами, к входному патрубку присоединен своим выходным патрубком с электрической задвижкой введенный в установку блок приготовления реагентов, оснащенный датчиком-сигнализатором уровня реагентов, лоток сбора фильтрата через свой выходной патрубок с электрической задвижкой подключен через насос на вход оросительной промывной системы, при этом накопительная емкость снабжена датчиками уровня сточной смеси и электрической задвижкой, установленной на патрубке аварийного слива, а в выходном патрубке накопительной емкости, встроенном во входной патрубок, размещен датчик расхода сточной смеси, в полости фильтрующего элемента установлен датчик уровня сточной смеси, и внутри боковой поверхности фильтрующего элемента встроен датчик температуры сточной смеси, причем названные датчики электрически связаны с блоком управления, в свою очередь, связанным с электродвигателем, нагревателем, электрическими задвижками накопительной емкости, блока приготовления реагентов, входного патрубка, патрубка для выгрузки обработанных осадков и выходного патрубка лотка сбора фильтрата.