ЧЕТЫРЕХСТУПЕНЧАТАЯ МОДУЛЬНАЯ ОЧИСТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД Российский патент 2022 года по МПК C02F9/00 C02F1/00 

Область техники

Техническое решение касается четырехступенчатой модульной контейнерной очистной установки для поверхностных вод.

Текущее состояние техники

Очистные сооружения для поверхностных вод нацелены на выполнение обычных очистных процессов, т.е. оксидацию, абсорбцию, дезинфекцию и очистку от железа и марганца. С учетом образования побочных продуктов дезинфекции, используются технологии, которые снижают удаление прекурсоров побочных продуктов дезинфекции путем обычной обработки.

Существующие на данный момент контейнерные очистные сооружения для поверхностных вод включают в себя обычную двухступенчатую очистку воды, дезинфекцию или дезинфекцию с частичной оксидацией, без контактора, позволяющего полное и своевременное удаление окисляемых веществ. Предлагаемые технические процессы, однако, не нацелены на удаление прекурсоров побочных продуктов дезинфекции, Которое происходит у работающих контейнерных очистных сооружений. Их применение возможно только там, где значения ТОС у источника ниже 4,0 мг/л, щелочность неочищенной воды составляет более 60 мг/л СаСО3, общая концентрация тригалометанов менее 40 мкг/л, кислоты галогенуксусной 30 мкг/л.

Производятся очистные установки с использованием процессов мембранного разделения, таких как ультрафильтрация, нанофильтрация, а также обратный осмос. Однако с точки зрения их правильного функционирования такие методы сепарации требуют обработки неочищенной воды до входных значений, позволяющих использовать эти мембранные процессы. Предварительная очистка неочищенной воды осуществляется обычным способом очистки. Данный метод очистки требует существенных инвестиций и расходов на эксплуатацию.

Вышеуказанные очистные установки используются в настоящее время для очистки поверхностных вод и исходят из более старых технологических решений и некоторых технологических элементов.

Основная цель технического решения

Целью технического решения является улучшение текущего состояния техники при помощи четырехступенчатой модульной контейнерной очистной установки для поверхностных вод. Это в значительной степени достигается согласно техническому решению, суть которого заключается главным образом в том, что за входом неочищенной воды в контейнер установлен сетчатый сепаратор, а за ним подключен ротаметр, далее, за ротаметром к внутреннему трубопроводу подключены мембранные насосы для дозирования химических растворов из накопительных емкостей для смешивания с неочищенной водой в статическом смесителе, подключенному к пульсирующему осветлителю, из которого он самотеком подключен к буферному резервуару, из которого вода накачивается горизонтальным насосом через ротаметр на автоматический самоочищающийся фильтр, который подключен к сорбционному фильтру, а к сорбционному фильтру подключена двухступенчатая дезинфекция, из которой вытекает очищенная вода.

По причине диспозиционного решения целесообразно, чтобы поверхностная вода направлялась из всасывающей корзины перед контейнером через разгрузочную линию в насос с грубым грязеуловителем, соединенным с напорной линией подачи.

Наиболее оптимально параллельное подключение ротаметра к линии подачи.

Целесообразно размещение трех накопительных емкостей в удерживающей емкости.

Для дестабилизации и перикинетической коагуляции во внутреннем трубопроводе находится статический смеситель, в котором происходит интенсивное размешивание и создание условий для дестабилизации суспензий и процессов перикинетической фазы коагуляции.

По эксплуатационным причинам целесообразно, если двухступенчатая дезинфекция будет состоять из УФ-излучателя и дозирующего мембранного насоса из накопительной емкости, расположенной в удерживающей емкости, предназначенной для размещения одной накопительной емкости.

Применение модульной контейнерной очистной установки имеет целый ряд преимуществ, среди которых стоит отметить:

- Компактность технологического оборудования, сборка которого осуществляется при производстве,

- В месте установки выполняется подключение к источнику неочищенной воды, подключение к системе распределения очищенной воды, отвод сточных вод и подключение к источнику питания,

- Меньше строительных работ - устанавливается только фундамент для контейнера,

- Полностью автоматическая работа очистной установки. Вручную выполняется только дополнение рабочей химии, используемой при очистке воды,

- Надежная и бесперебойная работа,

- Минимальные требования по уходу и легкое обслуживание

- Широкое применение и высокая эффективность очистки воды.

- Низкие эксплуатационные расходы и энергозатратность,

- Мобильность установки.

Расшифровка чертежей

Техническое решение будет дополнительно разъяснено с использованием чертежей, на которых на Фиг. 1 показана четырехступенчатая модульная контейнерная очистная установка для поверхностных вод в развернутой форме, на Фиг. 2 - вид сверху четырехступенчатой модульной контейнерной очистной установки для поверхностных вод, и на Фиг. 3 - разрез в месте А-А.

Пример реализации полезной модели

Отбор неочищенной воды из источника 30 может, согласно предложенному типу насоса, быть выполнен следующим образом: либо насосом для неочищенной воды 100, который размещен в отдельной защитной конструкции вне рамок источника воды 30, на всас насоса 100 установлен сепаратор 32 грубой фильтрации в виде предварительного фильтра, причем всасывающая корзина 31 спроектирован либо в плавучем виде, либо же он размещен в жестком корпусе с перфорированными стенками, которые препятствуют попаданию водных животных, при этом конструкция на телескопических опорах расположена над дном поверхностного источника. Либо же возможно выбрать вариант погружного насос для шлама, расположенный в перфорированной конструкции из листового металла, установленной на плавающем понтоне, при этом сепаратор 32 грубой фильтрации, который является частью насоса 100, вставляется в напорную линию 33 в точке соединения гибкой трубы с неподвижной трубой (на берегу).

Отбор воды из источника 30 и его подключение ко входу модульной контейнерной очистной установки 200 не является предметом данного полезного образца.

Неочищенная вода для модульной контейнерной очистной установки забирается из источника поверхностной воды 30. Показатели качества забранной неочищенной воды являются проектными параметрами для очистки этой воды так, чтобы результирующие качественные показатели соответствовали требованиям к питьевой воде. Показатели качества поверхностных вод, используемых для последующей очистки в питьевых целях, не должны превышать следующие значения:

рН 6-7,5

НСО₃ 1-3 ммоль/л

CHSK_Mn до 20 мг/л

Цвет 20-200 мг/л Pt

Содержание суспендированных веществ до 2000 мг/л

Неочищенная вода не должна подвергаться резким изменениям температуры и показателей качества неочищенной воды. Для каждого региона, где будет рассматриваться применение этой модульной контейнерной очистной установки, необходимо провести химико-технологическое обследование. Все сточные воды из контейнерной очистной установки должны быть очищены перед сбросом в реципиент. Объем сточных вод составляет от 6 до 8% от производительности очистной установки.

Очистная установка разработана для четырехступенчатой очистки поверхностных вод. Первой сепарационной ступенью является сетчатый сепаратор 1 со сменным вкладышем для фильтрации частиц размером до 800 мкм, второй ступенью является пульсирующий осветлитель 2 с мощностью, соответствующей мощности контейнерной очистной установки. Третьей сепарационной ступенью является автоматический самоочищающийся фильтр 3. Четвертой ступенью сепарации является сорбционный фильтр 4 с активным наполнителем (как, например, ГАУ). Последней, отдельной, ступенью является оксидация и дезинфекция воды. Основными частями данной ступени являются УФ-излучатель 7 и подходящий дезинфицирующий реагент. С учетом безопасности и доступности для дезинфекции используется раствор гипохлорита натрия. Химические растворы, предназначенные для коррекции реакции воды и коагуляции, дозируются во внутренний трубопровод 102 неочищенной воды до статического смесителя 15, подключенного во внутренний трубопровод 102 неочищенной воды. Раствор дезинфицирующего реагента дозируется за сорбционным фильтром 4 до УФ-излучателя 7 в напорную линию 105.

Технология очистки неочищенных поверхностных вод разработана с учетом снижения органических веществ на значение, позволяющее применения химических дезинфицирующих реагентов при минимальном образовании побочных продуктов дезинфекции. Процесс «улучшенной» коагуляции помогает достигать более эффективного устранения прекурсоров побочных продуктов дезинфекции обычной очистки с целью минимизировать образование побочных продуктов дезинфекции.

Неочищенная вода может содержать прекурсоры образования побочных продуктов дезинфекции в растворимой и нерастворимой форме. Растворимые прекурсоры, удаляемые обычными методами, должны быть переведены в нерастворимую форму, которые впоследствии удаляются на пульсирующем осветлителе. В течение обычной коагуляции и сепарации на пульсирующем очистителе снижается доля формирования тригалометанов на 50%, а также удаляются галогены.

Процесс коагуляции используется для удаления частиц, патогенов и природных органических веществ. Улучшенная коагуляция обеспечивает низкое содержание побочных продуктов дезинфекции. Понятие природных органических веществ используется для определения органических соединений естественного происхождения, появляющихся в источнике неочищенных поверхностных вод.

Оценка процесса коагуляции воды при помощи подходящего коагулирующего реагента является решающей для комплекса очистной установки. Процесс включает в себя адсорбцию - нейтрализацию заряда, коагуляцию оболочки и межчастичное перекрытие.

Удаление растворимого органического углерода во время «улучшенного» процесса коагуляции определяет сорбционный баланс между поверхностью твердого гидроксида и способной к сорбции фракцией.

Коагуляция органических растворов зависит от рН, дозы коагулянта и их концентрации в очищаемой воде.

Химическое оборудование включает в себя данные процессы очистки воды:

Подготовка и дозирование коагулята в неочищенную (очищаемую) воду.

Коррекция реакции воды, выраженная значением рН, выполняется так, чтобы это значение соответствовало оптимальным условиям протекания процессов коагуляции, окисления и дезинфекции

воды.

Коагулирующие реагенты для очистки воды являются неорганическими коагулянтами, т.е. солями железа и алюминия, полимерными неорганическими коагулянтами, т.е. полиалюминиевыми коагулянтами и полисиликатами металлов, а также полимерными органическими коагулянтами - полиэлектролитами и вспомогательными неорганическими и органическими коагулянтами.

Выбор подходящего коагулянта зависит от состава неочищенной воды, технологии ее очистки и требуемого качества очищенной воды.

При выборе коагулянта применяется следующий порядок характеристик неочищенной воды, влияющих на выбор коагулянта, а именно общее содержание органических веществ - температура - мутность.

Коррекция значений рН проводится в зависимости от способа очистки неочищенной воды в кислотном, нейтральном или щелочном диапазоне значений рН реакции воды неорганическими вспомогательными веществами, или с использованием органических вспомогательных веществ. Для коррекции используются растворы кислот (H₂SO₄) или оснований (NaOH) в водном растворе соответствующей концентрации.

Дезинфекция в данном процессе включает использование ультрафиолетовых излучателей (ламп) высокой интенсивности. Процесс ограничен соединениями, которые сильно поглощают свет в диапазоне от 200 до 300 нм и подвергаются фотодеградации с хорошей эффективностью. Обычно речь идет об удалении или очистку от одного загрязнителя, содержащегося в воде.

Химическая дезинфекция с использованием химического реагента, применяемого для дезинфекции очищенной воды в конце технологической линии, раствора гипохлорита натрия (NaOCl) используется с точки зрения безопасности и доступности. Активное содержание хлора в гипохлорите (NaOCl) в летнем периода находится в диапазоне от 140 до 160 г/л. Дозирование будет осуществляться таким образом, чтобы значение активного хлора в очищенной воде с учетом стерильности среды не опускалось ниже 0,3 г/м³ активного хлора.

Планировка решения соответствует мощности контейнерных очистных сооружений. Для объемов до 14 м³/ч технологическое оборудование размещено в одном контейнере размерами 6050×2435×2435 мм. Для больших объемов оборудование помещается в двух отдельных контейнерах, либо же в одном более длинном.

Неочищенная вода отбирается из источника 30 поверхностных вод при помощи плавучей всасывающей корзины 31 и насосом 100 с сепаратором 32 грубой фильтрации в виде предварительного фильтра (вне пределов контейнера) 200, и впоследствии перегоняется по входящей линии 101 на вход очистной установки, где установлен сетчатый сепаратор 1 в виде фильтрационной корзины со сменным вкладышем. Далее следует ротаметр 6 для настройки мощности очистной установки. Во внутренний трубопровод 102 неочищенной воды за ротаметром 6 установлены мембранные насосы 8 для дозирования химических растворов, используемых для коррекции рН и коагуляции. Накопительные емкости 9 химических растворов расположены в удерживающей емкости 10, предназначенной для размещения трех накопительных емкостей 9 для рабочих растворов. Гомогенизация дозы растворов и неочищенной воды происходит в статическом смесителе 15, соединенным при помощи внутреннего трубопровода 102 с пульсирующим осветлителем 2. Осветленная вода из пульсирующего осветлителя 2 выводится через трубопровод без давления 103 в буферную емкость 5, которая также выполняет функцию отстойника. Из буферной емкости 5 вода поставляется по всасывающей линии 104 при помощи горизонтального насоса 13 на автоматический самоочищающийся фильтр 3 с сетчатым вкладышем. Для настройки потока за насосом 13 напорная линия 105 оснащена ротаметром 6. Следующей ступенью сепарации, следующей за самоочищающимся фильтром, является сорбционный фильтр 4 с активным наполнителем (как, например, ГАУ). Обеззараживание очищенной воды проводится в два этапа. На первой ступени находится УФ-излучатель - лампа низкого давления. Затем следует химическая дезинфекция гипохлоритом натрия (химическим реагентом на основе хлора). Гипохлорит натрия обладает как дезинфицирующим, так и окисляющим свойством, а также минерализирует инактивированное микрозагрязнение за УФ-излучателем 7. Гипохлорит натрия в водном растворе дозируется в напорную линию 105 за УФ-излучателем 7 с помощью дозирующего мембранного насоса 8. Раствор гипохлорита натрия отбирается из накопительной емкости 9, расположенной в удерживающей емкости 11, предназначенной для размещения одной накопительной емкости 9.

Очистка пульсирующего осветлителя 2 осуществляется через карманы для шлама с помощью регулируемой по времени заслонки с сервоприводом 12. Частью пульсирующего осветлителя 2 является насос рециркуляции шлама 14, расположенный на его более длинной стенке. Насос рециркуляции 14 предназначен для отвода шламовых суспензий из хлопьев в пульсирующем осветлителе 2 и их транспортировке в камеру флокуляции пульсирующего осветлителя 2, которая является его центральной частью, с целью загущения суспензии и контактной коагуляции с флокуляцией.

Сточные воды из пульсационного осветлителя 2 выводятся в сток через шламопровод 108. Сточные воды из сетчатого сепаратора 1 выводятся через водоотводную трубу 109 в сток. Сточные воды и шламы из автоматического самоочищающегося фильтра 3, сорбционного фильтра 4 и буферного резервуара 5 выводятся в сток через общую сточную трубу 110. В общую сточную трубу 110 также подключен линия перелива без давления 106.

Контейнеры оборудованы вентиляторами для пятикратного обмена воздухом. В районах с низкими температурами контейнеры будут оборудованы электрическим прямым нагревателем (не указан).

Накопление очищенной воды, ее откачка и распределение будут решены для каждой точки индивидуально.

Технологическая линия состоит из следующих компонентов:

насос 100 неочищенной воды с сепаратором 32 грубой очистки в виде предварительного фильтра, которые размещены вне контейнера рядом с источником

фильтрационная корзина - сетчатый сепаратор 1 со сменным вкладышем для фильтрации частиц размером до 800 мкм

пульсирующий осветлитель 2 с мощностью, соответствующей мощности контейнерной очистной установки

автоматический самоочищающийся сетевой фильтр 3

сорбционный фильтр 4 с активным наполнителем (как, например, ГАУ)

пластиковый отстойник - буферная емкость 5

горизонтальный насос 13

дозирующие мембранные насосы 8 химических растворов

накопительные емкости 9 химических растворов (объем соответствует мощности очистной установки)

УФ-излучатель 7 - лампа низкого давления

ротаметры 6

удерживающий резервуар 10 для трех накопительных емкостей 9

удерживающий резервуар 11 для одной накопительной емкости 9

запорная заслонка 12 с сервоприводом

насос рециркуляции шлама 14

статический смеситель 15

Трубопроводы включают:

линию подачи 101 откачиваемой неочищенной воды из источника 30 ко впускному отверстию в стенке контейнера 200,

внутренний трубопровод 102 неочищенной воды, состоящий из трассы: фильтрационная корзина - сепаратор 1 - ротаметр 6 - статический смеситель 15 - пульсирующий осветлитель 2. Внутренний трубопровод 102 находится под давлением.

Очищенная вода из пульсирующего осветлителя 2 выводится через трубопровод без давления 103 в буферную емкость 5 - отстойник, размещенный в непосредственной близости пульсирующего осветлителя 2.

Всасывающий трубопровод 104, подключенный через переходник к буферной емкости 5 - отстойник и ко всосу горизонтального насоса. Напорная линия 105, включающая непрерывную магистраль подключения отдельных технологических компонентов: ротаметр 6, автоматический самоочищающийся фильтр 3, сорбционный фильтр 4, УФ-излучатель 7, выход очищенной воды.

Трубопровод без давления 106 создает перепад из буферной емкости 5, а откачка воды из буферной емкости 5, сточная труба 107 из промывки автоматического самоочищающегося фильтра 3, откачка воды и промывки сорбционного фильтра вводятся в трубу для сбора отходов 110.

Очистка осветлителя 2 от шлама и откачка воды из него производится в шламопровод 108

Водоотводная труба 109 фильтрационной корзины - сетчатого сепаратора 1 со сменным вкладышем

Перед ротаметрами 6 установлены мембранные вентили для настройки протока.

Запорный клапан с сервоприводом устанавливается за шламопровод 108 из пульсирующего осветлителя 2. Работа запорной заслонки 12 сервопривода контролируется по времени.

Материалы трубопровода - трубы и затворы трубопроводов изготовлены из закаленного ПВХ.

Промышленное применение

Четырехступенчатое модульное очистное сооружение для поверхностных вод предназначено для очистки воды из поверхностных водных источников. Очистка воды происходит согласно действующим правовым нормам, устанавливающим показатели качества очищенной воды для населения, коммунальных услуг, промышленности, сельского хозяйства, военного сектора, гражданского сектора - стихийные бедствия, СО, в рамках гуманитарной помощи, делового сектора и т.д.

Изобретение относится к очистке поверхностных вод с помощью четырехступенчатой модульной контейнерной очистной установки. В установке за входом неочищенной воды в контейнер во входной линии установлен сетчатый сепаратор. За сепаратором подключен ротаметр, за которым к внутреннему трубопроводу подключены мембранные насосы для дозирования химических растворов из накопительных емкостей для смешивания с неочищенной водой в статическом смесителе, подключенном к пульсирующему осветлителю. Последний самотеком подключен к буферному резервуару, из которого воду накачивают горизонтальным насосом через ротаметр на автоматический самоочищающийся фильтр. Фильтр подключен к сорбционному фильтру, а к сорбционному фильтру подключена двухступенчатая дезинфекция, из которой вытекает очищенная вода. Изобретение позволяет улучшить конструкцию очистной установки за счет ее автоматизации, мобильность передвижения и легкого обслуживания. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Четырехступенчатая модульная контейнерная очистная установка для поверхностных вод, отличающаяся тем, что за входом неочищенной воды в контейнер (200) в напорной линии подачи (101) установлен сетчатый сепаратор (1), а за ним подключен ротаметр (6), за ротаметром (6) к внутреннему трубопроводу (102) подключены мембранные насосы (8) для дозирования химических растворов из накопительных емкостей (9) для смешивания с неочищенной водой в статическом смесителе (15), подключенном к пульсирующему осветлителю (2), который через трубопровод без давления (103) подключен к буферному резервуару (5), из которого с помощью горизонтального насоса (13) через ротаметр (6) вода поступает на автоматический самоочищающийся фильтр (3), который подключен к сорбционному фильтру (4), а к сорбционному фильтру (4) подключена двухступенчатая дезинфекция, выполненная с возможностью подачи очищенной воды в контейнер.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что перед контейнером (200) из всасывающей корзины (31) через напорную линию (33) неочищенная поверхностная вода поступает на насос (100) с сепаратором (32) грубой фильтрации, подключенные к напорной линии подачи (101).

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ротаметр (6) параллельно подключен к напорной линии подачи (101).

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопительные резервуары (9) размещены в удерживающей емкости (10).

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что во внутреннем трубопроводе (102) размещен статический смеситель (15).

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что двухступенчатая дезинфекция состоит из УФ-излучателя (7), к выходу которого подключен дозирующий мембранный насос (8) для дозирования химических растворов из накопительной емкости (9), расположенной в удерживающей емкости (11), предназначенной для размещения одной накопительной емкости (9).