Многоступенчатая станция очистки серых сточных вод Российский патент 2021 года по МПК C02F1/28 C02F9/12 C02F1/32 B01J20/02 

Изобретение относится к области очистки сточных вод, а именно к станциям, включающим физико-химическую и химическую очистку хозяйственно-бытовых сточных вод от синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ) и органических соединений, идентифицируемых по БПК и может быть использовано в коммунальном хозяйстве жилых зданий, вахтовых поселков, в сточных водах которых имеется содержание СПАВ и органики, недопустимое для подачи в систему оборотного водоснабжения.

При использовании воды в хозяйственно-бытовой деятельности образуется два вида сточных вод, которые определяют как «серые» и «черные». Серые сточные воды представляют собой бытовые сточные воды, которые образуются в результате стирки, мытья полов, посуды и т.п. Они содержат в себе органические примеси, которые могут быть идентифицированы как БПК и моющие средства, содержащие СПАВ, также некоторое количество механических загрязнений.

В настоящее время, характеризующееся ресурсосбережением, целесообразно серые сточные воды выделять в отдельный вид, обрабатывать их с целью повторного использования.

Отличительной чертой серых сточных вод, образующихся в процессе стирки и купания, является наличие синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). На сегодняшний день известно много способов очистки сточных вод от СПАВ: флотация, коагуляция, адсорбция, электрохимические методы и сочетание этих методов.

Известен из уровня техники способ очистки серых сточных вод, предусматривающий усреднение поступающих серых сточных вод, усредненные сточные воды подают в установку электрохимической очистки, например электрофлотокоагулятор, в котором происходят процессы электрокисления, электрокоагуляции и электрофлотации, далее сточные воды подают на установку ультрафильтрации, далее сточные воды подают на обеззараживание, после чего их повторно используют. Продолжительность обработки в установке электрохимической очистки составляет 5-10 мин, при силе тока 2-9 А. Между этими параметрами получена зависимость, определяющая степень очистки сточных вод: Пр=2,91I - 0,072t - 3,28, см. («Водосбережение коттеджных и вахтовых поселков» / Вильсон Е.В. Галицин Н.Ю. // Интернет-журнал «Науковедение», 2014 г., выпуск 8(3).

Техническим результатом патентуемого решения является возможность поддержания высокого качества очистки серых сточных вод.

Недостатком данного способа для достижения заявляемого эффекта является отсутствие данных по степени очистки серых сточных вод от СПАВ в установке электрохимической очистки и сложность эксплуатации этой установки, отсутствие решения по обработке и утилизации флотошлама и осадка после электрохимической очистки сточных вод.

Известен из уровня техники способ очистки сточных вод, содержащих анионные синтетически поверхностно активные вещества, включающее электрокоагуляцию и сорбцию. Сточные воды после предварительной обработки (флотация или механическая очистка) подают в электрокоагулятор, где на электродах поддерживается напряжение постоянного тока 12 В. Время пребывание воды в электрокоагуляторе от 5 до 50 минут. Далее вода поступает в отстойную зону, где отстаивается в течении 2-х часов. Осветленная вода из отстойника подается на фильтрацию с сорбентом из природного шунгита (патент RU 2060959, опубликован 20.06.1996).

Техническим результатом данного способа является возможность поддержания высокого качества очистки воды. Одновременно достигается возможность регулирования эффективности очистки в зависимости от времени электрокоагуляции.

Недостатком данного способа, не позволяющим его использовать для достижения заявляемого эффекта, является сложность эксплуатации электрокоагуляции, необходимость замены электродов, отсутствие в способе устройств по обработке образующихся осадков.

Известен способ окислительной деструкции НПАВ в сточных водах при помощи Н₂О₂ или О₃. (А.А. Курилкин, А.Р. Морозов, А.И. Родионов, И.Н. Каменчук. Адсорбция неионогенных поверхностно-активных веществ типа неонол аф9-10 на активных углях различных марок. Успехи в химии и химической технологии. Том XXII, 2008 г., №13(93).

Техническим результатом данного способа является определенная величина анионной и катионной статической обменной емкости исследованных углей марок БАУ, АГ-3, СКТ-2Б, АР-Б, отличающихся пористой структурой. Установлено, что наилучшей адсорбционной способностью и каталитической активностью обладает активный уголь БАУ.

Недостатком данного способа, не позволяющим его использовать для достижения заявляемого эффекта, является, то что данный способ определяет не комплекс решений по очистки серых сточных вод, а частное решение - окислительной деструкции НПАВ на поверхности активного угля, при этом не описан способ подачи сточных вод, регенерации углей.

Известно устройство для обработки серых стоков по месту их формирования (патент RU 2659992, опубликован 04.07.2018), принятое заявителем за прототип по наибольшему количеству сходных существенных признаков, достигаемому эффекту очистки сточных вод. Устройство включает септический резервуар для приема серых стоков через впускное отверстие и отделения твердых веществ, фильтрующее устройство, содержащее слой торфяного материала внутри контейнера, для формирования фильтрующей среды. В верхней части контейнера расположено распределительное устройство для приема серых стоков и равномерного распределения серых стоков по площади верхней поверхности слоя торфяного материала; выпускное отверстие в нижней части контейнера под слоем торфяного материала для выпуска профильтрованных и очищенных серых стоков, прошедших через слой торфяного материала.

Устройство обеспечивает эффективную очистку серых стоков при равномерном распределении стоков как в случае слабого потока стоков, так и в случае сильного потока стоков.

Общими для заявленного и известного устройств являются признаки: ступенчатая очистка сточных вод с наличием резервуара для приема сточных вод, наличие фильтра с сорбционной загрузкой и наличие коммуникаций для подвода и отвода сточных вод, системы распределения потоков воды.

Недостатком принятого за прототип, известного устройства, не позволяющим добиться высокого качества очистки сточных вод, для рассматриваемого типа сточных вод, является отсутствие перемешивания сточных вод в септическом устройстве и возможности выделения в осадок взвешенных веществ и возможности загнивания сточных вод, а также отсутствие устройств глубокой очистки сточных вод от органических соединений, идентифицируемых по БПК путем их химического окисления.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является повышение надежности очистки сточных вод от СПАВ за счет создания двухступенчатой очистки сточных вод на фильтрах и возможность поддержания высокого качества очистки воды за счет химического окисления компонентов загрязняющих веществ.

Данная задача решается за счет того, что заявленное техническое решение «Многоступенчатая установка очистки серых сточных вод», грубый фильтр механической очистки, включает резервуар усреднитель, две ступени фильтров с загрузкой из угля, узел приготовления и дозирования окислителя многоступенчатой станции очистки сточных вод соответствует применяемому окислителю: озону или пероксиду водорода, или феррату, или гипохлориту и др., установку обеззараживания сточных вод.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе нет сведений об очистных станциях такой конструкции, какая предложена в формуле изобретения, что дает основание утверждать, что предлагаемая очистная станция отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ приспособлений, которые используются в известных технических решениях и в том числе в прототипе, показал на существенные признаки, отличающие предлагаемое решение.

Преимущества, которые достигаются, свидетельствуют о том, что задачи, которые решаются, выполнены на изобретательском уровне, поскольку они не вытекают, очевидно, из известных в данной области техники решений и поэтому отвечают критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемая установка многоступенчатой очистки сточных вод поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена технологическая схема очистки сточных вод в соответствие с заявляемым техническим решением.

Обозначения на чертеже, следующие:

1. Фильтр грязевик грубой очистки;

2. Сетчатый фильтр механической тонкой очистки;

3. Резервуар накопитель;

3.1. Мешалка;

3.2. Насос подачи на очистку;

3.3. Трубопровод перелива сточных вод;

4. Осветлительный фильтр;

4.1. Трубопровод промывных вод осветлительного фильтра;

5. Сорбционный фильтр;

5.1. Трубопровод промывных вод сорбционного фильтра;

6. Контактный резервуар;

6.1. Насос подачи промывных вод;

6.2. Трубопровод промывных вод фильтров;

7. Установка приготовления и дозирования окислителя;

8. Насос подачи воды на обеззараживание;

9. Установка ультрафиолетового обеззараживания;

9.1. Трубопровод аварийного отвода избыточных сточных вод;

10. Гидробак;

11. Водоразборное устройство;

12. Трубопровод канализации;

13. Городские очистные сооружения;

Установка многоступенчатой очистки «серых» сточных вод состоит из: фильтра грязевика грубой очистки (1), сетчатого фильтра механической тонкой очистки (2); резервуара накопителя (3); осветлительного фильтра (4), сорбционного фильтра (5); контактный резервуара (6) для контакта очищенной сточной воды с окислителем; установки (7) для приготовления и дозирования окислителя (озон, ферраты, пероксид водорода, гипохлорит и др.), насоса (6.1) для промывки фильтров; насоса (8) подачи воды на обеззараживание на установку ультрафиолетового облучения сточной воды (9), гидробака (10), водоразборного устройства (11).

В соответствии с технологической схемой, приведенной на фиг. 1, многоступенчатая станция очистки сточных вод работает следующим образом.

Неочищенные «серые» сточные воды проходят грубую механическую очистку на фильтре грязевике (1), после чего поступают на сетчатый фильтр тонкой очистки (2) и далее поступают в резервуар накопитель (3) для накопления и усреднения. Для предотвращения выпадения взвешенных веществ в осадок в резервуаре предусмотрена установка погружной мешалки (3.1). Подача сточных вод на дальнейшую очистку производится насосом (3.2), опорожнение резервуара осуществляется по трубопроводу (3.3) в канализационную сеть (12) с последующей транспортировкой на городские очистные сооружения (13).

Механически очищенная вода поступает на осветлительный фильтр (4) для удаления взвешенных веществ из воды и части нерастворенных ПАВ, после чего поступает на сорбционный фильтр (5), для удаления остаточных органических веществ, с целью доведения содержания ПАВ в очищенной сточной воде не более 1 мг/л. Промывные воды фильтров отводятся по трубопроводу (4.1 и 5.1) в канализацию (12) с последующей транспортировкой на городские очистные сооружения (13). После сорбционного фильтра вода поступает контактный резервуар (6) для контакта с окислителем приготавливаемый и дозирующийся из установки (7), для достижения содержания ПАВ и других специфических загрязнений до НДС - 0,1 мг/л. Продолжительность контакта с окислителем составляет 30 минут. В процессе воздействия окислителя на растворенные загрязняющие вещества, преимущественно органические, происходит их окисление до СО₂, H₂O и продуктов неполного окисления. Оснащение установки (7) приготовления окислителя зависит от вида применяемого окислителя (озон, пероксид водорода, ферраты, гипохлорит и др.). Сточная вода, после контакта с окислителем, насосом (8) подается на установку ультрафиолетового обеззараживания (9). Обеззараженные и очищенные сточные воды поступают в гидробак (10) и далее потребителям на водоразборное устройство (11). Часть очищенной воды из контактного резервуара используется для промывки фильтров (4 и 5), вода подается насосом (6.1) по трубопроводу (6.2), для усиления эффективности промывки в трубопровод промывных вод может дозироваться окислитель по трубопроводу (7.1).

Избыточная вода может переливаться в канализационную сеть (12) по трубопроводам (1.1) или (9.1) с последующей транспортировкой на городские очистные сооружения (13).

Изобретение относится к станциям, включающим совокупность химической и физико-химической очистки хозяйственно бытовых сточных вод от умывальников, ванных и стиральных машин, содержащих ПАВ и малое количество БПК, и может быть использовано в коммунальном хозяйстве коттеджных и вахтовых поселков и многоквартирных домах для частичного повторного (оборотного) использования. Устройство очистки серых сточных вод включает фильтр-грязевик для грубой механической очистки серых сточных вод, сетчатый фильтр тонкой очистки, резервуар накопитель с погружной мешалкой для накопления и усреднения, осветлительный фильтр с загрузкой из антрацита, сорбционный фильтр с загрузкой из активированного угля для удаления остаточных органических веществ, контактный резервуар для деструкции трудно-окисляемых загрязнений сильным окислителем, приготавливаемым и дозирующимся из установки приготовления окислителя, установку ультрафиолетового обеззараживания, гидробак для обеззараженных и очищенных сточных вод, причем часть очищенной воды из контактного резервуара используется для промывки фильтра-грязевика и сетчатого фильтра. Изобретение позволяет снизить водопотребление питьевой воды за счет рационального использования очищенной сточной воды на технологические нужды жилого дома. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство очистки серых сточных вод, включающее фильтр-грязевик для грубой механической очистки серых сточных вод, сетчатый фильтр тонкой очистки, резервуар накопитель с погружной мешалкой для накопления и усреднения, осветлительный фильтр с загрузкой из антрацита, сорбционный фильтр с загрузкой из активированного угля для удаления остаточных органических веществ, контактный резервуар для деструкции трудно-окисляемых загрязнений сильным окислителем, приготавливаемым и дозирующимся из установки приготовления окислителя, установку ультрафиолетового обеззараживания, гидробак для обеззараженных и очищенных сточных вод, причем часть очищенной воды из контактного резервуара используется для промывки фильтра-грязевика и сетчатого фильтра.

2. Устройство очистки серых сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что узел приготовления и дозирования окислителя соответствует применяемому окислителю: озону, пероксиду водорода, феррату, гипохлориту.

3. Устройство очистки серых сточных вод по п. 1, отличающееся тем, что регенерация фильтров может осуществляться окислителем.