УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/00 C02F1/24 B03D1/14 

Изобретение относится к очистке сточных вод от различных загрязнителей и может быть использовано в целлюлозно-бумажном производстве и в других отраслях промышленности.

Известно устройство для флотационной очистки сточных вод, содержащее флотационную ванну, патрубки подвода и отвода очищаемой и очищенной воды, приспособление для удаления пенного слоя, насос для подачи сточной воды и воздушный эжектор (SU 1432444 A1, 4C02F 1/24, 23.10.88. Бюл. №39). Однако эффективность очистки воды от взвешенных загрязнений в указанном устройстве недостаточно высокая.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения по технической сущности и назначению является станция глубокой доочистки производственных сточных вод (RU 2167821 C1, C02F 1/00, 9/12 // C02F 1/00, 101:32). Это устройство содержит узел флотационной очистки, состоящий из воздушного эжектора, сатуратора, дозатора реагента, камеры флотации, лотка для отвода флотослоя, узел фильтрационной очистки, состоящий из камеры фильтрации, датчика уровня воды в камере фильтрации, средства очистки фильтра, блок управления, электрифицированные задвижки (клапаны), датчики положения электрифицированных задвижек, трубопроводные и электрические коммуникации. Станция предназначена для глубокой доочистки биологически очищенных производственных сточных вод, загрязненных преимущественно нефтепродуктами, фенолами и другими растворенными химическими веществами. Однако для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных загрязнителей, например сточных и оборотных вод в целлюлозно-бумажных производствах, станция по своим техническим возможностям эффективно использоваться не может, например, из-за необходимости слишком частой в этом случает промывки (регенерации) фильтров.

Новый технический эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в обеспечения возможности более эффективной очистки сточных и оборотных вод целлюлозно-бумажных производств с широким диапазоном концентраций и видов загрязнителей в воде до уровня, позволяющего повторно использовать очищенную воду в производственных процессах, интенсификации процесса очистки при увеличении длительности рабочего цикла и сокращении длительности процесса регенерации фильтра.

Поставленный эффект достигается тем, что в устройстве для очистки сточной воды, содержащем узел флотационной очистки, состоящий из воздушного эжектора, сатуратора, дозатора реагента, камеры флотации, лотка для отвода флотослоя, узел фильтрационной очистки, состоящий из камеры фильтрации, фильтра, датчика уровня воды в камере, средства для обеспечения противоточной промывки фильтра, блок управления, электрифицированные задвижки (клапаны), датчики положения электрифицированных задвижек, трубопроводные и электрические коммуникации, согласно изобретению камеры флотации и фильтрации размещены в одном корпусе и разделены между собой непроницаемой перегородкой, узел флотационной очистки дополнительно содержит компрессор для сатурирования воды под избыточным давлением, дросселирующий элемент, совмещенный с водовоздушым эжектором с образованием камеры смешения сатурированной воды с подлежащей очистке водой, при этом вход дросселирующего элемента соединен с выходом сатуратора, один из входов камеры смешения соединен с насосом подачи очищаемой воды, другой вход соединен с дозатором реагентов, выход камеры смешения соединен с камерой флотации, а высота перегородки между камерами флотации и фильтрации обеспечивает образование общего рабочего уровня воды в корпусе, датчик уровня воды в камере фильтрации выполнен в виде поплавка на вертикальных направляющих, жестко связанных с лотком для отвода флотослоя или с внутренней стороной стенки корпуса и задающих пределы положения поплавка при изменении рабочего уровня воды в устройстве, в объеме камеры фильтрации по всей площади горизонтального сечения расположены с промежутками между собой перфорированные трубы для подачи в объем воды пузырьков воздуха, ниже этого уровня установлен датчик мутности воды, а фильтрующий элемент выполнен в виде многослойной засыпки с верхним песчаным слоем и расположен на перфорированной перегородке, снабженной элементами подачи воздуха и воды снизу в фильтрующий слой, при этом средство для регенерации фильтра включает также компрессор и водяной насос.

Средство для регенерации фильтра путем его противоточной промывки состоит из указанных выше компрессора, соединенного с ним клапана 17 для подачи воздуха под давлением через перфорированное дно 15 в фильтр 14, и водяного насоса, соединенного с ним клапана 18 для подачи воды через перфорированное дно 15 в фильтр 14.

На чертеже показана схема установки для очистки воды, где 1 - сатуратор, 2 - камера смешения, 3 - клапан подачи загрязненной воды, 4 - дозатор реагентов, 5 - корпус, 6 - камера флотации, 7 - перегородка, 8 - лоток для отвода флотослоя, 9 - камера фильтрации, 10 - датчик уровня воды, 11 - направляющие, 12 - датчик мутности воды, 13 - перфорированные трубы для подачи воздуха, 14 - фильтр, 15 - перфорированное дно фильтра, 16 - клапан для отвода очищенной воды, 17 - клапан для подачи воздуха, 18 - клапан для подачи промывной воды, L1 и L2 - пределы изменения рабочего уровня воды.

На схеме не показаны блок управления, датчики положения электрифицированных задвижек, трубопроводные и электрические коммуникации, компрессор для сатурирования воды под давлением, насос подачи очищаемой воды, компрессор и водяной насос в средстве регенерации фильтра.

Устройство работает следующим образом. Сначала осуществляют пусконаладочные работы с полностью оснащенным устройством. При этом определяют и фиксируют следующие параметры:

- степень раскрытия отводящего очищенную воду клапана 16 и положение указателя раскрытия, соответствующие половине его полной пропускной способности при уровне воды в устройстве, при котором перегородка 7 не препятствует переливу флотослоя и воды из камеры флотации в камеру фильтрации (уровень L1 на схеме);

- при этом определяют и фиксируют степень раскрытия и положение указателей раскрытия клапанов подачи воды и воздуха в сатуратор 1 и клапана подачи очищаемой воды 3 в камеру смешения 2;

- определяют степень раскрытия и положение указателя раскрытия клапана подачи очищаемой воды 3, при которых уровень воды в устройстве повышается до уровня L2 на схеме, соответствующего переливу флотослоя и воды в лотки 8, отводящие флотослой в рабочем режиме установки или загрязненную воду в режиме противоточной промывки фильтра;

- подбирают расходы воздуха через клапан 17 в режиме пневмоударов и расход промывной воды через клапан 18 для разрыхления и приведения фильтрующей загрузки песка в режим «кипения» (без уноса песка), расход воды с постепенным снижением подачи воздуха для выравнивания уровня загрузки в режиме ее псевдоожижения, а также фиксируют положения указателей раскрытия клапанов 16 и 17 в каждом из указанных режимов;

- определяют уровень расположения перфорированных труб 13.

Все указанные параметры используют в процессе очистки воды в автоматическом режиме управления работой установки в целом.

Установка заполняется чистой водой, поступающей через клапан 18, до уровня L2. Затем клапан 18 закрывается, клапан 16 открывается на 50% своей пропускной способности. Одновременно начинается подача очищенной воды или ее смеси с неочищенной водой в сатуратор 1, в который также подается под давлением воздух. Из сатуратора через его выход насыщенная воздухом вода подается в камеру смешения 2 на вход дросселирующего элемента этой камеры, выполненной в виде дросселирующего элемента, совмещенного с водовоздушным эжектором. В эту же камеру через клапан 3 и один из ее входов подается посредством соединенного с этим входом насоса (на схеме не показан) загрязненная вода. Второй вход камеры смешения соединен с выходом дозатора реагентов 4. Выходная часть камеры смешения соединена с входом камеры флотации 6. В камере смешения 2 при сбросе давления из двух потоков воды образуется равномерно вспененная по всему объему масса, которая и поступает в камеру флотации 6. В камере флотации происходит флотирование частиц загрязнений пузырьками воздуха. По мере поступления воды в камеру флотации вода с пенным слоем на поверхности перетекает через перегородку 7 в камеру фильтрационной очистки 9, причем слой флотопены занимает всю поверхность воды в устройстве (уровень L1 на схеме). Для увеличения длительности удержания частиц загрязнений в пенном слое на поверхности воды в объем воды в камере фильтрации посредством перфорированных труб 13 подается воздух в виде мелких пузырьков, которые обеспечивают плавучесть частиц.

Верхний уровень L2 и нижний уровень L1 воды и уровень нижней границы слоя флотопены в камере фильтрации 9 задаются датчиком уровня воды 10, выполненным в виде поплавка на вертикальных направляющих, тесно связанных с лотком для отвода слоя или с внутренней стороной стенки корпуса 5. Пределы положения поплавка на уровнях воды L1 и L2 задаются фиксаторами, закрепленными на верхней части направляющих и снабженными электрическими контактами, входящими в электрическую систему автоматического управления общим процессом очистки.

С целью повышения степени очистки воды, содержащей, кроме взвешенных частиц, растворенные загрязнители, в воду целесообразно добавлять дополнительные реагенты, например коагулянт, флокулянт и/или флотоагент. Эти вещества подают из дозатора реагентов 4 непосредственно в камеру смешения 2. По мере движения потока воды в камере флотации снизу вверх и в камере фильтрации сверху вниз часть растворенных веществ коагулирует, образует флоккулы, которые флотируются в пенный слой и также поддерживаются наплаву пузырьками воздуха. Масса флотослоя и скорость ее увеличения зависят как от количества обработанной воды, количества и вида загрязнений в ней, так и от использования дополнительных реагентов. При достижении критической величины массы флотослоя часть загрязнений из флотослоя начинает осаждаться, вода в камере фильтрации становится мутной. При определенной мутности воды датчик мутности 12 срабатывает и по его сигналу клапан 3 подачи воды в камеру смешения 2 раскрывается до заранее заданной при настройке устройства степени, уровень воды и соответственно флотослоя в устройстве повышается до уровня L2, при котором флотослой полностью переливается в лотки и выводится из системы. При завершении вывода флотослоя вода в камере фильтрации становится чистой до допустимого уровня мутности и по сигналу датчика мутности воды 12 степень раскрытия клапана 3 подачи воды в камеру смешения 2 уменьшается до требуемого значения, уровень воды в устройстве опускается до уровня L1 и начинается новый миницикл накопления массы флотослоя.

Осветленная в результате флотоочистки вода, поступающая на фильтр, все же содержит некоторое количество взвешенных частиц загрязнителей. При прохождении такой воды через фильтр эти частицы улавливаются, а полностью очищенная вода выводится из устройства через клапан 16. Скорость вывода воды при нормальной работе устройства равна скорости поступления в него очищаемой воды. Устройство для очистки запускается при условии, что фильтрующий слой (песок) чистый и соответственно суммарное гидравлическое сопротивление участка, включающего фильтр 14 и клапан 16 при заданной начальной степени его открытия 50%, минимально. В процессе очистки воды при загрязнении фильтрующего слоя и соответствующем повышении его гидравлического сопротивления для удержания фиксируемой датчиком уровня 10 высоты флотослоя на уровне, не превышающем начальный уровень L1, то есть для удержания начальной суммарной величины гидравлического сопротивления участка фильтр 14 - клапан 16, необходима более высокая степень раскрытия клапана 16. И если в процессе очистки воды при прочих равных условиях фиксируемая датчиком уровня высота подъема воды становится выше уровня L1, например, на 20% диапазона L1-L2, датчик уровня выдает сигнал, по которому исполнительное устройство постепенно открывает клапан 16 настолько, чтобы высота уровня воды и соответственно флотослоя опустилась до уровня L1, но не ниже. При этих условиях поток отфильтрованной воды сохранится равным начальному.

Постепенно фильтрующий слой засоряется настолько, что и при 100%-ном раскрытии клапана 16 вывод отфильтрованной воды становится меньше поступления в устройство очищаемой воды. Уровень воды в устройстве и без сигнала датчика мутности воды повышается до уровня L2, в лотки сначала переливается флотослой и затем вода. По сигналу уровнемера в отсутствие сигнала датчика мутности воды он отключается, прекращаются подача очищаемой воды в устройство и вывод воды из него (перекрываются соответствующие клапаны, прекращается работа блока сатурирования воды). Затем открываются клапаны 17 и 18, подающие в систему воздух и чистую воду. Воздух в систему поступает в пульсирующем режиме (в режиме пневмоударов, определенном при пусконаладочных работах). При одновременной подаче в фильтрующий слой воды и воздуха с заранее заданными объемными скоростями слой песка по всей поверхности равномерно «вскипает» и начинается промывка песчаной загрузки в режиме «кипящего» слоя. По программе, определенной при пусконаладочной работе, этот режим длится некоторое время, затем по соответствующему сигналу клапан 17 постепенно закрывается, подача воздуха уменьшается, песок из режима «кипящего» слоя переходит в состояние псевдоожижения и уровень загрузки выравнивается по всей своей площади. Датчик мутности воды показывает, что из фильтрующего слоя вода выходит чистой. По сигналу датчика клапан 18 закрывается, открываются до заданной степени раскрытия клапаны подачи воды и воздуха в сатуратор, подлежащей очистке воды в камеру смешения, отвода очищенной воды.

Начинается новый цикл флотационно-фильтрационной очистки воды.

Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод. Камеры флотации 6 и фильтрации 9 размещены в одном корпусе 5 и разделены между собой непроницаемой перегородкой 7. Высота перегородки 7 между камерами флотации 6 и фильтрации 9 обеспечивает образование общего рабочего уровня воды в корпусе. Датчик уровня воды 10 в камере фильтрации 9 выполнен в виде поплавка на вертикальных направляющих, жестко связанных с лотком 8 для отвода флотослоя или с внутренней стороной стенки корпуса и задающих пределы положения поплавка при изменении рабочего уровня воды в устройстве. В объеме камеры фильтрации 9 расположены перфорированные трубы 13 для подачи в объем воды пузырьков воздуха и установлен датчик мутности воды 12. Фильтрующий элемент 14 выполнен в виде многослойной засыпки с верхним песчаным слоем и расположен на перфорированной перегородке 15, снабженной элементами подачи воздуха и воды снизу в фильтрующий слой. Предложенное изобретение позволяет проводить эффективную очистку сточных и оборотных вод целлюлозно-бумажных производств с широким диапазоном концентраций и видов загрязнителей в воде до уровня, позволяющего повторно использовать очищенную воду в производственных процессах. 1 ил.

Устройство для очистки сточной воды, содержащее узел флотационной очистки, состоящий из воздушного эжектора, сатуратора, дозатора реагента, камеры флотации, лотка для отвода флотослоя, узел фильтрационной очистки, состоящий из камеры фильтрации, датчика уровня воды в камере, средства для обеспечения противоточной промывки фильтра, блок управления, электрифицированные задвижки (клапаны), датчики положения электрифицированных задвижек, трубопроводные и электрические коммуникации, отличающееся тем, что камеры флотации и фильтрации размещены в одном корпусе и разделены между собой непроницаемой перегородкой, узел флотационной очистки дополнительно содержит компрессор для сатурирования воды под избыточным давлением, дросселирующий элемент, совмещенный с водовоздушным эжектором с образованием камеры смешения сатурированный воды с подлежащей очистке водой, при этом вход дросселирующего элемента соединен с выходом сатуратора, один из входов камеры смешения соединен с насосом подачи очищаемой воды, другой вход соединен с дозатором реагентов, выход камеры смешения соединен с камерой флотации, а высота перегородки между камерами флотации и фильтрации обеспечивает образование общего рабочего уровня воды в корпусе, датчик уровня воды в камере фильтрации выполнен в виде поплавка на вертикальных направляющих, жестко связанных с лотком для отвода флотослоя или с внутренней стороной стенки корпуса и задающих пределы положения поплавка при изменении рабочего уровня воды в устройстве, в объеме камеры фильтрации по всей площади горизонтального сечения расположены с промежутками между собой перфорированные трубы для подачи в объем воды пузырьков воздуха, ниже этого уровня установлен датчик мутности воды, а фильтрующий элемент выполнен в виде многослойной засыпки с верхним песчаным слоем и расположен на перфорированной перегородке, снабженной элементами подачи воздуха и воды снизу в фильтрующий слой, при этом средство для регенерации фильтра включает также компрессор и водяной насос.