Узел обеззараживания Российский патент 2022 года по МПК E03F5/00 C02F1/32 

Изобретение относится к области очистки сточных вод.

Сточные воды, являющиеся продуктом жизнедеятельности людей, на выходе из канализационных очистных сооружений должны содержать нормированное количество химических загрязняющих веществ, в определенных концентрациях, не наносящих какой-либо экологический ущерб окружающей среде.

Помимо химических веществ, сточные воды содержат патогенные микроорганизмы, концентрация которых также нормируется действующим законодательством, с целью исключения ухудшения санитарной обстановки в зоне сброса сточных вод в окружающую среду.

По охвату пользователей системы водоотведения все канализационные очистные сооружения (КОС) можно разделить на две принципиально различающиеся группы:

1. КОС коллективного пользования, располагаемые на специально выделенных площадках, как правило, удаленных от населенного пункта. Строительство КОС данной группы сопряжено с прохождением всех стадий реализации объектов капитального строительства, в том числе прохождения экспертизы на соответствие природоохранным и санитарно-эпидемиологическим требованиям;

2. КОС индивидуального пользования — локальные очистные сооружения (ЛОС), располагаемые непосредственно на участке владельца (пользователя). Строительство КОС данной группы, как правило, осуществляется силами владельца без какого-либо проекта, поэтому вопросы соответствия природоохранным и санитарно-эпидемиологическим требованиям отнесены к компетенции разработчика и изготовителя данного оборудования.

В отличие от КОС населенных пунктов, сброс очищенных сточных вод которых, как правило, осуществляется в водные объекты, основными способами утилизации сточных вод, очищенных на индивидуальных КОС, являются:

• сброс в грунт через различные типы фильтрующих сооружений (поля подземной фильтрации, фильтрующие колодцы, и т.п.) – возможно лишь при расположении объекта в непосредственной близости от водного объекта;

• сброс на рельеф, канаву – подавляющее большинство случаев реализации;

• полив в летнее время зеленых насаждений – частный случай сброса на рельеф.

Сброс очищенных сточных вод в водоемы и в подземные пласты исключает прямой контакт очищенных сточных вод с человеком, в то время как выпуск этих же вод на поверхность сопряжен с возможностью такого взаимодействия.

Таким образом, вопросы обеззараживания имеют наибольшую актуальность для индивидуальных ЛОС. В настоящее время, все ЛОС реализуются без обязательной ступени обеззараживания.

Основными методами обеззараживания, применяемыми на КОС коллективного пользования, являются:

- хлорирование (сжиженный, газообразный хлор, гипохлорит, хлорная известь);

- окисление кислородом (озонирование);

- обработка лучами ультрафиолетового спектра (УФ-обеззараживание).

Хлорирование

Хлорирование, как наиболее простой и надежный метод обеззараживания имел повсеместное распространение на коллективных КОС в конце прошлого века.

Однако издержки, связанные с обеспечением промышленной безопасности объекта при применении газообразного или сжиженного хлора, обусловили необходимость перехода на обеззараживание раствором гипохлорита, либо поиск альтернативных методов обеззараживания.

Более того, поскольку хлор имеет эффект пролонгированного действия, сброс его с очищенными сточными водами оказывает негативное влияние на природную среду. Для минимизации этого влияния необходимо проведение процесса дехлорирования, что повышает стоимость очистки сточных вод.

На индивидуальных КОС данный метод имеет ограниченное применение в виде узла с хлор-таблетками, устанавливаемого на выходе из КОС.

Озонирование

Технология озонирования широко применяется на сооружениях водоподготовки для окисления органических веществ и обеззараживания, а также в подготовке воды в бассейнах.

Однако на КОС данный метод практически не используется ввиду дороговизны закупки и обслуживания оборудования – озонаторов.

УФ-обеззараживание

УФ-обеззараживание является основным методом обеззараживания, пришедшего на смену хлорированию.

К положительным свойствам этого метода можно отнести высокую эффективность процесса и безопасность обработанных сточных вод, а также отсутствие реагентов.

Однако имеются и недостатки – высокое потребление электроэнергии, высокая стоимость оборудования и расходных материалов, а также повышенные требования к качеству очищенных сточных вод, поступающих на УФ обработку.

Проблема существующего УФ-обеззараживания

В настоящее время ряд крупных производителей предлагают узлы обеззараживания в качестве дополнительного оборудования, поставляемого по запросу Заказчика.

Как правило такие узлы называются «стерилизаторы», что не совсем корректно, но отражает основное предназначение данного оборудования.

Практически все представленные на рынке стерилизаторы устанавливаются на напорной линии отвода очищенных сточных вод.

С целью экономии ресурса лампы ее включение осуществляется в момент протекания обрабатываемой воды, т.е. при включении насоса принудительной откачки.

Данное решение по организации узла обеззараживания имеет ряд существенных недостатков, которые усугубляются малым объемом камеры очищенных сточных вод:

• необходимость частого включения насоса откачки очищенных вод приводит к быстрому исчерпыванию ресурса лампы по количеству включений – что, наряду с общим количеством часов наработки лампы, нормируется производителем. Т. е. возникает необходимость в частой замене УФ-ламп, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов;

• ресурс применяемых ламп составляет порядка 10000 часов работы и 1000 циклов включения/выключения;

• для любой лампы необходим определенный период времени для достижения заданных параметров мощности УФ-излучения, поэтому при включении насоса подачи первая порция очищенной воды не облучается, либо облучается менее интенсивно, что приводит к сбросу недостаточно обеззараженной воды в окружающую среду. Более того, в случае если период «розжига» лампы больше, чем период откачки камеры очищенной воды, применение УФ обеззараживания вообще теряет смысл;

• учитывая высокую производительность насоса подачи очищенных сточных вод на лампы время «экспозиции» (контакта воды и УФ излучения) может быть недостаточно;

• данное оборудование не применимо на КОС с самотечным сбросом очищенных сточных вод, либо требует применения КОС с напорной откачкой, что также повышает как капитальные, так и эксплуатационные расходы.

Учитывая вышеизложенное, можно прийти к заключению, что предлагаемое на рынке оборудование по УФ-обеззараживанию сточных вод в большинстве случаев работает не в штатном режиме, не обеспечивая в полной мере требуемый функционал, следовательно, известное оборудование имеет низкую эффективность обеззараживания сточных вод.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявленного технического решения, является установка для очистки сточных вод от органических и минеральных веществ ультрафиолетовым облучением, включающая узел предварительной обработки, механический фильтр, камеру ультрафиолетового облучения, циркуляционный трубопровод и патрубки для ввода очищаемой и вывода очищенной воды (см. RU 65042 U1, опубл. 27.07.2007). При этом узел предварительной обработки состоит из отстойника-осветлителя со встроенной камерой смешения-хлопьеобразования с патрубками введения реагентов, сообщенного с емкостью осветленной воды. Емкость осветленной воды последовательно соединена циркуляционным трубопроводом с насосом, механическим фильтром, эжектором для введения окислителей и катализаторов, камерой УФ-облучения и сорбционным фильтром, соединенным, в свою очередь, с емкостью осветленной воды. Причем патрубок вывода очищенной воды установлен на циркуляционном трубопроводе после сорбционного фильтра.

Недостатками прототипа являются:

- расположение модуля УФ обеззараживания вынесенным за корпус КОС, что приводит к громоздкости и высокой себестоимости установки в целом;

- высокая трудоемкость замены УФ лампы и необходимость для этого дополнительного специального инструмента;

- малый ресурс применяемой УФ лампы;

- включение УФ лампы только в момент откачки сточных вод.

Указанные недостатки, как указано выше, приводят к низкой эффективности обеззараживания сточных вод.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности обеззараживания сточных вод.

Указанный технический результат достигается за счет того, что канализационное очистное сооружение содержит узел обеззараживания воды, включающий лампу ультрафиолетового излучения, расположенную в кварцевом чехле, при этом, согласно изобретению, чехол с лампой вставлен в самотечный переток в корпусе очистного сооружения, расположенный между последним отстойником канализационного очистного сооружения и камерой принудительной откачки или выпуском самотечного сброса очищенных вод.

При этом чехол лампы может быть выполнен таким образом, что без дополнительного инструмента вынимается из перетока.

При этом лампа ультрафиолетового излучения может быть безозоновой амальгамной лампой низкого давления.

При этом лампа может иметь срок службы 16000 часов и 2000 циклов включения-выключения.

При этом лампа с чехлом могут находиться в постоянно погруженном в воду положении.

Варианты осуществления изобретения схематично показаны на фиг.1, 2.

На фиг.1 показан вариант осуществления изобретения при самотечном сбросе очищенных сточных вод.

На фиг.2 показан вариант осуществления изобретения при принудительном сбросе очищенных сточных вод.

На фиг.1 и 2 содержатся следующие позиции: 1 – очищенная сточная вода, 2 – сточная вода после УФ обеззараживания, 3 – самотечный переток между последним отстойником очистного сооружения и выпуском самотечного сброса очищенных вод (на фиг.1) или камерой принудительной откачки (на фиг.2), 4 – УФ лампа в кварцевом чехле.

Изобретение работает следующим образом.

В любом известном канализационном очистном сооружении оборудуется узел обеззараживания воды. Данный узел представляет собой лампу ультрафиолетового излучения, расположенную в кварцевом чехле. При этом кварцевый чехол с УФ лампой (4) вставляется в самотечный переток (3) в корпусе очистного сооружения. Указанный переток (3) расположен между последним отстойником канализационного очистного сооружения и камерой принудительной откачки (фиг.2) или выпуском самотечного сброса (фиг.1) очищенных вод.

Чехол лампы выполнен таким образом, что может быть вынут из перетока без дополнительного инструмента.

Лампа ультрафиолетового излучения является безозоновой амальгамной лампой низкого давления. Лампа имеет срок службы 16000 часов и 2000 циклов включения-выключения. Лампа с чехлом находятся в постоянно погруженном в воду положении.

Преимущества изобретения: 1) модуль УФ обеззараживания располагается в корпусе КОС и вставляется в самотечный переток между последним отстойником и камерой принудительной откачки / выпуском самотечного сброса очищенных вод. Таким образом данный модуль применим как на моделях с принудительным сбросом очищенных сточных вод, так и на самотечных; 2) лампа находится в кварцевом чехле, постоянно погруженном в воду положении, что является естественным охлаждением; 3) чехол лампы легко вынимается из перетока без специального инструмента, что позволяет быстро обслужить чехол, либо заменить лампу при её неисправности; в качестве рабочего элемента модуля применена безозоновая амальгамная лампа низкого давления, имеющая срок службы 16 000 часов или порядка 2-х лет и 2000 циклов включения/выключения (особенность данных ламп – длительный срок наработки, что позволяет не выключать лампу при постоянной эксплуатации КОС); 4) мощность лампы зависит от производительности ЛОС; 5) применение данного модуля возможно, как на вновь изготавливаемых КОС, так и на КОС, произведенных ранее и уже смонтированных, находящихся в эксплуатации в настоящее время.

Все вышеперечисленные преимущества достигаются благодаря заявленной конструкции, позволяющей достигать технический результат, заключающийся в повышении эффективности обеззараживания сточных вод.

Достижение заявленного технического результата обусловлено тем, что очищенная сточная вода, проходя через самотечный переток, подвергается полной и достаточной УФ обработке.

В результате выполнения работ был изготовлен и опробован принципиально новый по конструкции модуль УФ обеззараживания, лишенный основных недостатков представленного на рынке оборудования, и имеющего ряд дополнительных преимуществ.

Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления предлагаемого технического решения, а также сопроводительных чертежей, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации изобретения. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящего изобретения, следует считать защищенными настоящим изобретением в объеме прилагаемой формулы.

Изобретение относится к области очистки сточных вод. Канализационное очистное сооружение содержит узел обеззараживания воды, включающий лампу ультрафиолетового излучения, расположенную в кварцевом чехле. Чехол с лампой вставлен в самотечный переток в корпусе очистного сооружения, расположенный между последним отстойником канализационного очистного сооружения и камерой принудительной откачки или выпуском самотечного сброса очищенных вод. Лампа ультрафиолетового излучения является безозоновой амальгамной лампой низкого давления. Обеспечивается повышение эффективности обеззараживания сточных вод. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Канализационное очистное сооружение, содержащее узел обеззараживания воды, включающий лампу ультрафиолетового излучения, расположенную в кварцевом чехле, отличающееся тем, что чехол с лампой вставлен в самотечный переток в корпусе очистного сооружения, расположенный между последним отстойником канализационного очистного сооружения и камерой принудительной откачки или выпуском самотечного сброса очищенных вод, при этом лампа ультрафиолетового излучения является безозоновой амальгамной лампой низкого давления.

2. Канализационное очистное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что чехол лампы выполнен таким образом, что может быть вынут из перетока без дополнительного инструмента.

3. Канализационное очистное сооружение по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что лампа имеет срок службы 16000 часов и 2000 циклов включения-выключения.

4. Канализационное очистное сооружение по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что лампа с чехлом находятся в постоянно погруженном в воду положении.