СПОСОБ ОЧИСТКИ КОММУНАЛЬНЫХ СТОКОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК C02F9/12 C02F1/78 C02F1/66 C02F1/52 C02F1/34 C02F1/48 B01D36/00 

Группа изобретений относится к способам очистки и утилизации коммунальных стоков и может быть использована в жилищно-коммунальном хозяйстве, а также для очистки промышленных и агропромышленных стоков, для получения чистой воды, отвечающей требованиям ПДК и допустимой для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения или использования в качестве оборотной воды, а также органических удобрений для использования в сельском хозяйстве и службах озеленения населенных пунктов.

Из уровня техники известно много вариантов способов и комплексов химической обработки воды, в основном хлором или хлорсодержащими реагентами, что приводит к образованию новых соединений, часто более опасных, чем исходные загрязнения. Кроме того, само хлорное хозяйство сложно и опасно в содержании и обслуживании.

Известны способы очистки коммунальных стоков (например, патенты RU №2240984, 27.11.2004; RU №2258045, 10.08.2005; RU №35730, 10.02.2004), путем их фильтрования через различные фильтры, требующие постоянной промывки и при этом образуются осадки, требующие утилизации, что не обеспечивает очистку воды от растворенных в ней примесей и обеззараживание исходной воды.

Недостатками этих способов являются необходимость наличия больших водоемов, а также вторичное загрязнение очищаемых стоков продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, образование больших объемов ила, который требует утилизации и непригоден для прямого использования в качестве органических удобрений.

Известны способы и устройства очистки воды струйной гидрокавитацией (RU №54662, 10.07.2006) и гидродинамической обработкой во вращающемся магнитном поле (RU №2328450, 10.07.2008).

Недостатками данных технических решений является неспособность обеспечить стабильное качество очистки и высокую производительность.

Известна установка для очистки воды озонированием (RU №2228916, C02F 9/04, 20.05.2004), которая содержит камеру окисления (озонирования), причем в камере окисления размещен кавитатор, который осуществляет высокую степень диспергирования воды и входящих в нее примесей, в результате чего происходит интенсификация окисления загрязнителей. При этом для обеспечения высокой степени очистки водогазовая смесь должна многократно циркулировать через эжектор и кавитатор.

Недостатком данной установки является невысокая производительность и сложность обслуживания, требующая соответствующей квалификации персонала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обеззараживания и очистки жидких сред и технологическая линия для его реализации (RU №2585635, C02F 9/12, 27.05.2016), которые могут быть использованы для подготовки воды в системах хозяйственно-питьевого и промышленного назначения.

Способ включает кавитационную обработку водной среды струйной кавитацией с эжектированием в кавитатор воздуха или кислородно-воздушной смеси, последующую обработку среды в гидродинамическом реакторе с вращающимся магнитным полем и ферромагнитными элементами в виде игл, отстаивание обработанной водной среды и отделение шлама. Кавитационную обработку струйной кавитацией в гидродинамическом реакторе проводят с обеспечением образования активных окислителей ОН, H₂O₂ и НО₃. Обработку в гидродинамическом реакторе осуществляют с обеспечением диспергирования частиц до субмикронных размеров и увеличения поверхности раздела фаз газ-жидкость-твердое. Перед кавитационной обработкой осуществляют усреднение состава водной среды, в процессе обработки среды в гидродинамическом реакторе в него добавляют по меньшей мере один реагент, выбранный из группы, включающей: известковое молоко, сульфат алюминия, хлорное железо. Дополнительно осуществляют импульсную обработку полученной среды в роторно-импульсном аппарате и фильтрацию среды с помощью насыпных фильтров, а также производят озонирование среды и обработку ультрафиолетом.

Технологическая линия содержит струйный кавитатор, снабженный средствами эжектирования в него воздуха или кислородно-воздушной смеси, гидродинамический реактор с вращающимся магнитным полем и ферромагнитными элементами в виде игл и блок отстаивания среды, совмещенный с системой удаления шлама. Линия дополнительно содержит смеситель-усреднитель, установленный перед струйным кавитатором, дозатор реагентов в гидродинамический реактор, блок отстаивания среды содержит гидроциклоны-отстойники. Линия дополнительно содержит роторно-импульсный аппарат, насыпные фильтры, блок озонирования среды, и блок ультрафиолетовой обработки среды, установленные после блока отстаивания, а также блок автоматического управления процессами.

Недостатками представленного прототипа является достаточно высокая насыщенность линии дорогим и сложным оборудованием, требующим высококвалифицированного обслуживания, отсутствие модульности построения, позволяющей обеспечить плавность сглаживания нестабильности поступления стоков в течение суток, а также не позволяет обеспечить плавное наращивание мощностей очистных сооружений без кардинальных перестроек.

Технический результат, достигаемый данной группой изобретений:

- упрощение технологии очистки;

- повышение рентабельности очистных сооружений и значительное сокращение требуемых площадей без снижения качества очистки;

- обеспечение гибкого регулирования производительностью комплекса, определяемого текущим потоком;

- создание экологически безопасных условий труда и сокращение санитарной зоны вокруг комплекса;

- исключение крупногабаритных отстойников и иловых полей.

Указанный технический результат для реализации способа очистки коммунальных стоков достигается тем, что усредняют состав очищаемой среды, ощелачивают, обрабатывают кавитацией, вращающимся магнитным полем и ферромагнитными элементами до получения суспензии с последующим ее озонированием, фильтрацией и разделением фракций, причем, предварительно коммунальные стоки очищают от неспецифических включений в устройстве в виде сит, гомогенизируют и ощелачивают известковым молочком из расчета 0,1-1,0 г/дм³ до получения суспензии с РН 10,5-11,5, затем эту суспензию дополнительно подвергают обработке комплексом энергетических воздействий - магнитострикцией и ультразвуком, создаваемых в энергонасыщеном поле устройства, полученную суспензию обрабатывают озоном для дополнительного окисления и образования водонерастворимых солей с последующим их осаждением, затем, для нормализации РН, эмульсию насыщают углекислым газом до получения РН, соответствующую нормам ПДК, а разделение фракций осуществляют гравитационно в тонкопленочном фильтре с получением густого осадка и воды, которую дополнительно очищают в фильтрах тонкой доочистки.

Указанный технический результат для технологического комплекса очистки коммунальных стоков достигается тем, что по ходу технологического процесса установлены связанные между собой средствами транспортирования смеситель, устройство приготовления и дозирования реагента в виде известкового молочка, устройство для создания кавитационного процесса во вращающемся магнитном поле с ферромагнитными элементами и фильтры, причем, комплекс дополнительно снабжен устройством отделения неспецифических включений в виде сит, гомогенизатором, совмещающим функции накопления и гомогенизации, который выполнен в виде промежуточной емкости снабженной фекальными насосами с режущими лопатками, установкой насыщения суспензии углекислым газом, а также тонкопленочным фильтром разделения фракций и фильтром тонкой доочистки, при этом смеситель выполнен проточным, а устройство для создания кавитационного процесса во вращающемся магнитном поле с ферромагнитными элементами представляет собой установку активации процессов, выполненную в виде электромагнитного устройства, также содержит последовательно расположенные установку производства и дозирования озона, устройство хранения и дозированной подачи углекислого газа, при этом выходы густого осадка из тонкопленочного фильтра и один из выходов фильтра тонкой доочистки соединены с транспортером для отделения густого осадка в накопитель, а другой выход фильтра тонкой доочистки связан с трубопроводом отвода чистой воды. Смеситель выполнен проточным и представляет собой трубу с завихряющими поток лопатками. Тонкопленочный фильтр выполнен в виде фильтра гравитационного разделения фракций и представляет собой желоб, с расположенными внутри него не менее 20 наклоненных под углом порядка 47° параллельных плоскостей, выполненных из коррозионно-устойчивого материала, например полимерного, обладающего скользкой поверхностью, чередующихся по примыканию ко дну желоба. Фильтр тонкой доочистки выполнен в виде картриджа, например, нетканого материала.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой, где на Фиг. 1 изображена технологическая линия комплекса очистки коммунальных стоков, которая содержит последовательно установленные устройство отделения неспецифических включений 1, выполненное в виде сит, накопитель-гомогенизатор коммунальных стоков 2, фекальные насосы барботирования коммунальных стоков 3 и подачи их в проточный смеситель 4, устройство приготовления и дозирования реагента 5, установку активации процессов 6, установку производства и дозирования озона 7, устройство 8 хранения и дозированной подачи CO₂, тонкопленочный фильтр 9, фильтр тонкой доочистки воды 10, приямки отделения и передачи на отведение густого осадка 11.

На практике очистку коммунальных стоков осуществляют следующим образом.

Очищенные от неспецифических загрязнений коммунальные стоки усредняют в устройстве отделения неспецифических включений 1, затем производят их гомогенизацию в накопителе-гомогенизаторе коммунальных стоков 2 посредством фекальных насосов барботирования 3. Затем полученную в результате гомогенизации суспензию направляют в проточный смеситель 4, где происходит смешение с реагентом, приготавливаемым в устройстве приготовления и дозирования реагента 5, в результате суспензию ощелачивают, например, известковым молочком.

Ощелачивание производят до РН 10,5-11,5 для получения большого количества слабых ионов, образующихся при разрушении в энергонасыщенном поле элементов известкового молочка СаО, Са(ОН)₂, легко вступающих в реакции образования гидроксидов металлов, требующих РН не ниже 8,5, и неорганических водонерастворимых солей, образующихся из разрушенных во время обработки в энергонасыщенном поле установки активации процессов органических соединений, этот процесс эффективно происходит при РН 10,5-12.

Основным исполнителем технологии очистки коммунальных стоков является установка активации процессов 6, где, в результате воздействия ударных волн, создаваемых в энергонасыщенном поле схлопыванием кавитационных пузырьков и ультразвука, создаваемых сжимающимися кавитационными пузырьками и магнитострикционных явлений магнитных доменов под воздействием вращающегося электромагнитного поля, при этом происходит разрушение всех составляющих химических и биологических структур до молекулярного уровня. В результате воздействия разрушается часть молекул воды с образованием атомарного водорода Н⁺ и ионов ОН^-, создавая окислительно-восстановительную среду соответствующим образом влияющую на облако из свободных атомов и частично разрушенных молекул. Одновременно происходит разрушение всей микрофлоры, тем самым производится полная стерилизация коммунального стока. В результате комплексного воздействия энергонасыщенным полем возникают атомы и некоторые частично разрушенные молекулы с открытыми ковалентными связями, стремящиеся создать новые соединения по природному закону соединений с минимальным электрическим сопротивлением, уже экологически безопасных и легко усваиваемых почвообразующей микрофлорой и корнями растений.

Энергонасыщенность рабочей зоны в установке активации процессов и ее качественные характеристики, сила и количество воздействий на обрабатываемую среду, задаются не только напряженностью электромагнитного поля, действующего в установке, но и силовыми воздействиями от магнитных доменов. Чем крупнее и прочнее частицы загрязняющих веществ, попавших в очищаемый коммунальный сток, тем более крупные требуются домены, так как магнитострикционные воздействия от них более мощные, но качественные характеристики образования водонерастворимых соединений при этом ниже, чем при воздействии на среду более мелких доменов при их достаточном количестве. Вышесказанное так же относится к обработке стока, содержащего соединения металлов, разрушение молекул которых требует более мощного энергетического воздействия. Не меньшее влияние на выбор параметров доменов оказывает процентное содержание загрязняющих веществ в обрабатываемом стоке. Для более полного протекания процессов образования новых экологически безопасных молекулярных соединений, требуется высококачественное перемешивание образовавшегося облака из свободных радикалов, возникшее в рабочей зоне установки, в результате разрушения молекулярных соединений загрязняющих веществ, что требует более «мягкого», но частого воздействия на элементы облака. Тем самым производят подбор и установку магнитных доменов исходя из среднестатистических характеристик коммунального стока на конкретном объекте.

В результате образования новых молекулярных соединений создается суспензия, обладающая свойствами экстренного расслоения из-за временного отсутствия электростатического слоя у вновь образовавшихся молекул.

Для более качественного завершения процессов окисления в соединениях полученной суспензии с образованием водонерастворимых солей, производят дополнительную ее обработку озоном из установки производства и дозирования озона 7, из расчета 0,1-0,3 мг/л.

Для нормализации РН и перевода ряда металлов в карбонаты, также выпадающие в осадок, суспензию дополнительно обрабатывают углекислым газом из устройства 8 хранения и дозированной подачи CO₂.

Полученная суспензия быстро расслаивается за счет временного отсутствия электростатического слоя у вновь образовавшихся молекул.

Далее суспензию направляют в тонкопленочный фильтр 9, состоящий из 20 наклоненных под углом порядка 47° скользких поверхностей, чередующихся по примыканию ко дну фильтра. Расчет производительности тонкопленочного фильтра производят из условий обеспечения скорости протекания через него очищаемой эмульсии не выше 0,07 м/час. По ходу протекания суспензии по поверхностям тонкопленочного фильтра происходит гравитационное разделение фракций на густой осадок и воду.

В результате на выходе из тонкопленочного фильтра 9 вода практически свободна от взвесей и поступает на фильтр тонкой доочистки 10, состоящий, например, из 25 слоев нетканого материала, при этом удаляют соли металлов, оставшиеся или вновь образовавшиеся в обрабатываемой воде.

Густой осадок, отделяемый в тонкопленочном фильтре 9 и частично в фильтре тонкой доочистки 10, через приямки сбора и передачи на отведение густого осадка 11 поступает на транспортер для отведения его в накопитель.

В целях повышения энергетической эффективности предложенного способа очистки коммунальных стоков, все составляющие комплекса размещены в нисходящих уровнях для организации его самотечного передвижения. Производительность оборудования регулируют за счет включения или отключения отдельных модулей установок активации процессов, в соответствии с реально требуемой производительностью комплекса.

Линия может быть оснащена системой автоматического контроля и управления процессом всех узлов технологического комплекса.

Входящие в состав технологического комплекса устройства приготовления известкового молочка, озона и углекислого газа широко известны и поставляются производителями.

В качестве примера представлен результат использования технологического комплекса очистки стоков в г. Нефтегорске Самарской области с производительностью 6000 м³/сут согласно описанной выше технологии.

В Таблице 1 представлены результаты лабораторного контроля показателей по составу воды до и после очистки коммунального стока, из которого видно, что предлагаемый способ очистки обеспечивает полную нейтрализацию и удаление загрязняющих составляющих.

Таким образом, предлагаемый способ и технологический комплекс позволяют обеспечить с необходимой производительностью и энергоэффективностью очистку коммунальных стоков за счет активации процессов в установке активации процессов и тонкопленочном фильтре с минимальным использованием реагентов, отсутствием микробиологической обработки и максимально возможном использовании гравитационного поля Земли. Тем самым повышается эффективность очистных сооружений, повышается их рентабельность и экологическая безопасность с отсутствием крупногабаритных отстойников и иловых полей. Скорость очистки коммунального стока сокращается до 10-15 минут.

Густой осадок может быть обработан почвообразующими микроорганизмами, в результате можно получить экологически безопасное, высокоэффективное органическое удобрение.

Группа изобретений относится к очистке и утилизации коммунальных стоков и может быть использована в жилищно-коммунальном хозяйстве, а также для очистки промышленных и агропромышленных стоков. Коммунальные стоки очищают от неспецифических включений в устройстве в виде сит, гомогенизируют и ощелачивают известковым молочком из расчета 0,1-1,0 г/дм³ до получения суспензии с рН 10,5-11,5. Суспензию дополнительно подвергают обработке комплексом энергетических воздействий – кавитацией, магнитострикцией и ультразвуком. Полученную суспензию обрабатывают озоном для дополнительного окисления и образования водонерастворимых солей с последующим их осаждением. Суспензию насыщают углекислым газом до получения рН, соответствующего нормам ПДК. Разделение фракций осуществляют гравитационно в тонкопленочном фильтре с получением густого осадка и воды. Воду дополнительно очищают в фильтрах тонкой доочистки (10). Технологический комплекс содержит устройство отделения неспецифических включений (1), выполненное в виде сит, гомогенизатор коммунальных стоков (2), фекальные насосы (3), смеситель (4), устройство приготовления и дозирования реагента (5), устройство для создания кавитационного процесса во вращающемся магнитном поле с ферромагнитными элементами (6), установку производства и дозирования озона (7), устройство (8) хранения и дозированной подачи углекислого газа, тонкопленочный фильтр (9), фильтр тонкой доочистки воды (10). Группа изобретений позволяет упростить технологию очистки, повысить рентабельность очистных сооружений и значительно сократить требуемые площади без снижения качества очистки, а также обеспечить гибкое регулирование производительности комплекса и создать экологически безопасные условия труда, сократив санитарную зону вокруг комплекса. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ очистки коммунальных стоков, заключающийся в усреднении состава очищаемой среды, ощелачивании, обработке кавитацией, вращающимся магнитным полем с ферромагнитными элементами до получения суспензии с последующим ее озонированием, фильтрацией и разделением фракций, отличающийся тем, что предварительно коммунальные стоки очищают от неспецифических включений в устройстве в виде сит, гомогенизируют и ощелачивают известковым молочком из расчета 0,1-1,0 г/дм³ до получения суспензии с рН 10,5-11,5, затем эту суспензию дополнительно подвергают обработке комплексом энергетических воздействий - кавитацией, магнитострикцией и ультразвуком, создаваемых в энергонасыщенном поле устройства активации процессов, полученную суспензию обрабатывают озоном для дополнительного окисления и образования водонерастворимых солей с последующим их осаждением, затем суспензию насыщают углекислым газом до получения рН, соответствующего нормам ПДК, а разделение фракций осуществляют гравитационно в тонкопленочном фильтре с получением густого осадка и воды, которую дополнительно очищают в фильтрах тонкой доочистки.

2. Технологический комплекс для очистки коммунальных стоков, в котором по ходу технологического процесса установлены связанные между собой средствами транспортирования смеситель, устройство приготовления и дозирования реагента в виде известкового молочка, устройство для создания кавитационного процесса во вращающемся магнитном поле с ферромагнитными элементами и фильтры, отличающийся тем, что комплекс дополнительно снабжен устройством отделения неспецифических включений в виде сит, гомогенизатором, совмещающим функции накопления и гомогенизации, который выполнен в виде промежуточной емкости, снабженной фекальными насосами с режущими лопатками, установкой насыщения суспензии углекислым газом, а также тонкопленочным фильтром разделения фракций и фильтром тонкой доочистки, при этом смеситель выполнен проточным, а устройство для создания кавитационного процесса во вращающемся магнитном поле с ферромагнитными элементами представляет собой установку активации процессов, выполненную в виде электромагнитного устройства, также содержит последовательно расположенные установку производства и дозирования озона, устройство хранения и дозированной подачи углекислого газа, при этом выходы густого осадка из тонкопленочного фильтра и один из выходов фильтра тонкой доочистки соединены с транспортером для отделения густого осадка в накопитель, а другой выход фильтра тонкой доочистки связан с трубопроводом отвода чистой воды.

3. Технологический комплекс по п. 2, отличающийся тем, что смеситель выполнен проточным и представляет собой трубу с завихряющими поток лопатками.

4. Технологический комплекс по п. 2, отличающийся тем, что тонкопленочный фильтр выполнен в виде фильтра гравитационного разделения фракций и представляет собой желоб с расположенными внутри него не менее 20 наклоненных под углом порядка 47° параллельных плоскостей, выполненных из коррозионно-устойчивого материала, например полимерного, обладающего скользкой поверхностью, чередующихся по примыканию ко дну желоба.

5. Технологический комплекс по п. 2, отличающийся тем, что фильтр тонкой доочистки выполнен в виде картриджа, например, нетканого материала.