Установка для очистки сточных, дренажных, скважинных, прудовых вод гражданских и промышленных объектов Российский патент 2023 года по МПК C02F9/00 C02F1/78 C02F1/461 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных, дренажных, скважных и прудовых вод, содержащих сложные трудноокисляемые органические примеси до нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, до нормативов технических оборотных вод, для сброса в централизованные канализационные системы, а так же до уровня ПДК питьевой воды. Изобретение относится к многостадийным физико-химическим методам безреагентной очистки загрязненных стоков. Установка может применяться на промышленных объектах и гражданских объектах для очистки сточных, в том числе технологических, дренажных, скважных вод и вод прудовых отстойников до требуемых нормативов перед сбросом в водные объекты рыбохозяйственного значения, до нормативов технической воды, для сброса в централизованные канализационные системы, а так же очистки прудовых и скважных вод до уровня ПДК питьевой воды.

Известна установка очистки и обеззараживания воды из природных сильно загрязненных источников (RU 2652705 С1, опуб. 28.04.2018), содержащая фильтр предварительной грубой механической очистки с последующей подачей на контактную емкость озонирования. Объем контактной емкости рассчитан таким образом, чтобы время контакта воды с озоном был не менее 20 минут. Обработанная озоном вода далее поступает на ультрафильтрационный модуль, после которого или вся очищаемая вода, или только часть очищаемой воды поступает на обратноосмотические мембраны, в зависимости от требуемой степени обессоливания. Гидравлический КПД установки с учетом обратноосмотического модуля составляет порядка 60%. Пермеат (очищенная вода) поступает в накопительный резервуар и далее на нужды потребителя, а концентрат после обратноосмотических мембран в накопительный бак, из которого предусмотрена частичная циркуляция через обратноосмотический модуль, или образующийся концентрат поступает на слив. В целом установка достаточно проста и экономична в эксплуатации, позволяет получать воду питьевого назначения, но вместе тем имеет ряд недостатков:

1) в установке отсутствует обработка воды химическими реагентами, что в целом снижает глубину и степень очистки;

2) в установке применено одноступенчатое обратноосмотическое устройство обессоливания воды как по пермеату, так и по концентрату, что в целом снижает общий гидравлический КПД и приводит к большому проценту сброса концентрата обратного осмоса.;

3) установка имеет большое количество перекачивающих элементов.

Известна установка для осуществления способа очистки сточных вод с получением очищенной воды и обеззараженных отходов (RU 2720613 C1), который позволяет очистить сточные воды до нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения. Техническая задача решается и технический результат достигается способом очистки и обеззараживания сточных вод, который включает стадии ультрафильтрации и обратноосмотического разделения в две ступени по пермеату, при этом, в соответствии с настоящим изобретением, перед стадией ультрафильтрации исходную воду пропускают через реактор роторно-вихревого типа для гидродинамической обработки в присутствии ферромагнитных частиц, а после стадии обратноосмотического разделения пермеат обратного осмоса второй ступени дополнительно очищают и обеззараживают в блоке фотолитического озонирования с использованием ультрафиолетового излучения и озона. В целом установка обеспечивает стабильное качество очистки в непрерывном режиме, но вместе с тем имеет ряд недостатков:

1) использование модулей обратного осмоса, что в целом снижает общий гидравлический КПД и приводит к большому проценту сброса концентрата обратного осмоса;

2) наличие большого количества активного и насосного оборудования;

3) наличие в середине цепи очистки корректирующего реактора РН с дополнительной автоматикой, что означает, что установка вносит существенную корректировку по РН, в то время как стадия подготовки воды должна быть до установки очистки.

Наиболее близкой к предложенной является устройство для осуществления способа (RU 2616463 C1, опуб. 17.04.2017), который может быть использован для очистки бытовых и промышленных стоков. Предложенный способ и устройство очистки жидких смесей включает нейтрализацию воды, многоступенчатую механическую обработку в емкости проточного типа, с грубой и промежуточной фильтрацией, обработку магнитным полем и финишную фильтрацию в конце очистки. Одновременно с механической обработкой поток жидкости подвергается электролизу, перед фильтрованием в промежуточной фильтрации производится обработка окислителем и УФ-обработка, а между промежуточным фильтрованием и финишной фильтрацией поток дополнительно отстаивается, в качестве окислителя применяется озон и гидроксильные радикалы, а электролиз потока жидкости производится переменным или постоянным током.

Изобретение позволяет очищать промышленные и хозбытовые стоки до требований ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов, однако не лишен недостатков:

1) высокая степень и скорость загрязнения отсеков и ячеек блока гравитационного разделения потока и частиц;

2) использование большого количества нестандартных элементов и блоков;

3) необходимость использования УФ ламп с блоками розжига и хрупкими колбами, располагаемыми непосредственно в потоке воды, что является дополнительной точкой отказа;

4) все емкости проточной установки кроме блока наработки ОН радикалов являются открытыми, что ведет к сложности монтажа систем газоулавливания и вентиляции;

5) необходимость постоянного контроля состояния и водопроводимости засыпных материалов грубого фильтра и барботажа засыпных материалов.

6) отсутствие блоков и элементов отдувки и аэрации для обезжелезивания, снижения содержания марганца.

7) присутствие нетиповых блоков электролизеров, что ведет к сложности обслуживания пластин при профилактической очистке и риску засорения межэлектродного пространства.

8) необходимость предварительного выравнивания водородного показателя РН очищаемой субстанции и доведение РН в пределы 5-10.

Тем не менее, по своему назначению и наличию сходных признаков данная установка принята в качестве прототипа.

Технической проблемой, решаемой предложенным изобретением, является сохранение повышение степени очистки сточных, дренажных и хозбытовых стоков с максимальным повышением общего гидравлического КПД при минимальном количестве активного насосного оборудования, при максимальном использовании стандартного оборудования, реализуемого на промышленном и бытовом рынке, а так же с отказом от обработки очищаемой субстанции ультрафиолетом. При этом очищаемые стоки и водная субстанция, подаваемые на установку, должны быть предварительно очищены от крупного и твердого мусора с помощью соответствующих дренажных устройств.

Техническая проблема решается установкой для очистки промышленных и хозбытовых стоков, скважных и прудовых вод, содержащей последовательно установленные приемную емкость-усреднитель с дождевальным распылителем и аэратором, 2-3 в зависимости от задачи и наличия загрязнителей последовательные емкости со встроенными блоками инверторных электролизеров, модуль грубой фильтрации для очистки воды от остатков пенообразования электролиза и остатков механических примесей, блок кавитации и озонирования, при необходимости блок электрофлотатора, а так же 2-4 каскадных фильтра финишной очистки с засыпными реагентами и смолами с подачей очищаемой субстанции снизу в каждом модуле, при этом блоки каскадных фильтров расположены со сдвигом по высоте, которую рассчитывают отдельно для обеспечения необходимого столба воды и перепускного давления.

Технический результат изобретения, заключающийся в повышении степени очистки загрязненных вод, а так же в упрощении и надежности конструкции, достигается за счет осуществления многоступенчатого разделенного и разнесенного электролиза очищаемой воды с увеличенной площадью взаимодействия с озоном и воздухом в промежуточных баках, а так же за счет использования стандартных емкостей, блоков электролиза и т.п..

Дополнительно степень очистки повышается за счет использования каскада емкостей каскадных фильтров финишной очистки с засыпными материалами катионитом, шунгитом, активированным углем и цеолитом в качестве фильтра очистки. Использование последовательных фильтров финишной очистки с подачей потока снизу через слой засыпки, без применения ионообменного фильтра позволяет повысить общий гидравлический КПД, избежать риска смешивания и слеживаемости засыпных материалов.

Для повышения степени первичной очистки воды от механических примесей при подаче в приемную емкость-усреднитель с встроенным распылителем и аэратором бак возможно использование напорного гидроциклона со сбросом остатка в коллектор сброса и профилактической промывки.

Кроме того, между баками-блоками электролиза и каскадными фильтрами финишной очистки установлен каскад дополнительной фильтрации, озонирования и механической очистки, который позволил отказаться от УФ-ламп и электродиализа. Данный блок герметичен, имеет отвод остаточных элементов озона, снабжен щелевым кавитатором-распылителем и выполнен на основе стандартной единицы промышленной продукции.

Для снижения содержания остаточных элементов на выходе установки опционально возможна установка стандартного блока ультрафильтрации с автоматической обратной промывкой на основе обратноосмотических кассет со сбросом промывных вод обратно к бак-емкость усреднитель.

Изобретение поясняется кратким описанием чертежей.

На фиг. 1 показана общая технологическая структурная схема предложенной установки для очистки сточных, дренажных, скважных, прудовых вод гражданских и промышленных объектов.

Установка (фиг. 1) содержит последовательно соединенные приемную емкость-усреднитель 1 с встроенным распылителем 9 и аэраторами воды 13, баки блоков электролиза 2 с встроенными кассетами инверторных блоков электролизеров 3 с парными алюминиевыми, железными, кремневыми пластинами в зависимости от задачи, бак вторичного озонирования 4 с щелевым кавитатором 14, баки каскадных фильтров финишной очистки 5 с засыпными материалами 12 в виде шунгитов, цеолитов и катионитов. На аэраторы воды подается сжатый воздух от локального или общецехового компрессора. На входной трубопровод и трубопровод петли наработки ОН-радикалов в разрез установлен эжектор 10 через который подается малый объем окислителя озон из расчета не более 2 гр на 1 кубометр очищаемой жидкости. В петле наработки ОН-радикалов установлен надежный щелевой озонатор воды 6, отраженный на изображении фиг. 6, с собственным дополнительным насосом 21 и эжектором 22. Все баки установки имеют герметичные крышки и полиэтиленовые отводы 15 отработанных газов и продуктов, врезанные в отдельную трубу вытяжной вентиляции. Все баки имеют дополнительный патрубок сброса продуктов периодической промывки и аварийного перелива 18, который служит для сброса продуктов периодической промывки и осуществления аварийного перелива. Подача очищаемой жидкости из накопителя, пруда и т.п.осуществляется насосом 8. Все баки соединены последовательно полиэтиленовыми трубопроводами через трехходовые краны 11, которые своим отдельным выходом соединены с коллектором перелива, сброса пены, продуктов промывки и профилактики в коллектор 16. От принудительного насоса озонатора 6 через электроклапан 17 периодически по команде таймера под напором очищенная вода подается по трубопроводу 32 на форсунки смыва пены электрозеров. На установку очищаемая субстанция из накопительной выносной емкости 19, оснащенной датчиками уровня, при этом управление автоматикой насосов, установки и автоматикой осуществляется от единого стандартного шкафа 20 автоматики и управления насосными станциями, отраженного на фиг. 5. Пластины электролизеров 3 соединены шинами из нержавеющей стали 30 с источниками постоянного тока через гидронепроницаемые проходные изоляторы, точки подключения шин к клеммам пластин электролизеров находятся выше точки перелива выпускного патрубка и электролизерные кассеты 28 установлены в круглых пластиковых трубах 27, что отражено на фиг. 8, в свою очередь трубы 27 устанавливаются на плотно прилегающее круглое кольцевое основание 29, указанное на фиг. 3, исключающее пропуск жидкости вдоль стен бака мимо пластин электролизера. На фиг. 3 так же отражены направления потоков жидкости и перелива. Баки электролизеров оснащены форсункой периодической промывки 32 и патрубком сброса продуктов периодической промывки и аварийного перелива 18 (фиг. 2), при этом уровень патрубка 18 на 5-6 см находится выше уровня выходного каскадного патрубка перетока 24.

Привязка патрубков сброса продуктов периодической промывки и аварийного перелива 18, трубопровода подачи воды для периодического смыва 32, патрубка подачи 23, выходного каскадного патрубка 24, трубопровода отвода газов 15 и проходных шиноизоляторов 30 к баку с герметичной крышкой отражена в виде сверху (фиг. 4). Все баки имеют универсальный конструктив, отраженный на фиг. 7, в виде конусной емкости с отверстием 26 на конусном дне, с герметичной заворачивающейся крышкой 31, на основании - раме 25 из крашеного черного металла, при этом рамы 25 имеют разную высоту для выполнения условия каскадного перелива самотеком.

Установка очистки сточных, дренажных, скважных, прудовых вод гражданских и промышленных объектов работает следующим образом.

Сточные, дренажные, скважные и прудовые воды промышленных и гражданских объектов предварительно собираются в приемную емкость-накопитель 19, далее насосом 8 с расчетной заданной производительностью подаются через эжектор 10 на первичную очистку и отдувку от аммонийных составляющих и тяжелых металлов в емкость-усреднитель 1, при этом на эжектор подается озон от станции генерации озона 7 из неосушенного воздуха. Вода в емкость-усреднитель 1 попадает через распылитель 9 и в баке емкости-усреднителя 1 происходит аэрация воздухом через форсунки 13 от локального или общепроизводственного компрессора. Предварительное добавление в поток озона, распыление и аэрация позволяют предварительно очистить воду от части бактерий, убрать запах, особенно сероводорода, окислить железо и марганец и перевести их в нерастворимую форму. Продукты аэрации и возможный остаточный озон из герметичной емкости-усреднителя 1 выводятся в систему вентиляции через патрубок 15, не попадая в помещение. Далее очищаемая вода через выходной патрубок 24, отраженный на фиг. 4, поступает через нижний трехходовой кран 11 в первый бак 2 каскада электролизеров. При этом уровень врезки выходного патрубка 24 бака 2 по отношению к уровню врезки выходного патрубка 24 бака 1 должен отличаться не менее чем на 0,4 м для обеспечения столба напора самотека потока между баками. Все последующие баки 2,4 и 5 по отношению к предыдущему баку в каскаде установки так же должны иметь соотношение высоты врезки выходных патрубков не менее 0,4 м. Вся установка Фиг. 1 имеет каскадную компоновку с перепадом рабочей поверхности воды в баках не менее 0,4 м по отношению к предыдущему. Таким образом в установке почти полностью отсутствует активное перекачивающее оборудование кроме насоса 8 и встроенного насоса 21 озонатора воды 6, что повышает надежность работы установки. Очищаемая вода последовательно проходит через баки электролиза 2, поступая снизу через краны 11 и проходит через растворимые и нерастворимые пластины инверторных электролизеров 3. В зависимости от состава очищаемых вод применяемые электроды изготавливаются из следующих металлов и сплавов: алюминия, железа, свинца и др. металлов, ионы которых, выходя в раствор при электролизе, обладают хорошими коагулирующими свойствами. На электродах в ходе электролиза происходит ионизация металла с переходом в раствор его ионов, которые гидролизуясь, образуют гидроксиды металлов, являющиеся хорошими коагулянтами загрязнений и адсорбентами для уже скоагулированных частиц. Кроме того, при прохождении жидкости между электродами под воздействием электрического поля происходит нейтрализация заряда загрязняющих частиц, электрофлокуляция и электрокоагуляция. Газовые пузырьки, образующиеся в процессе электролиза (водород на катоде, кислород и хлор на аноде), осуществляют флотацию загрязнений в объеме пропускаемой воды. Пары и испарения продуктов электролиза из баков 2 вытягиваются в систему вентиляции через герметичные патрубки 15, крышки баков 2 при этом плотно закрыты. Для того, чтобы очищаемая вода не проходила мимо пластин электролизера 3 он устанавливается в баке 2 на цилиндрическую подставку 29 (фиг. 3), плотно прилегающую к дну бака и обеспечивающую вертикальный поток воды через пластины электролизера, при этом сами электролизеры 3 тоже имеют цилиндрическую конструкцию с водонепроницаемым наружным цилиндрическим диэлектрическим кожухом. Из третьего бака 2 электролиза очищаемая вода поступает в бак вторичного озонирования 4 с встроенным щелевым кавитатором 14. Сверху в бак вторичного озонирования 4 с помощью насоса озонатора воды 6 через щелевой кавитатор 14 поступает озонированная чистая вода, забираемая из патрубка чистой воды выходного фильтра 5. Кавитатор 14 совместно с насосом озонатора 6 обеспечивают наличие кумулятивных струй 700-800 м/с. Кавитационный процесс в комплексе с подаваемым из озонатора 6 потоком воды обеспечивает расслоение и растворение жидких и твердых углерод-водородных соединений. Водородный показатель воды смещается в щелочную область, жесткость уменьшается, т.е. происходит умягчение, цветность уменьшается более чем в 2 раза, вследствие распада молекул гуминовых кислот на радикалы, которые выпадают в осадок. В результате использования эффекта кавитации практически полностью обезвреживаются в воде микробиологические примеси. Из бака 4 вторичного озонирования с кавитатором 14 через кран 11 очищаемая жидкость попадает в последовательные баки 5 каскадных фильтров финишной очистки. В зависимости от качества очищаемой воды каждый бак каскадного фильтра финишной очистки комплектуется наполнителями 12 в виде шунгитов, цеолитов, активированного угля и тп. Наполнители 12 насыпаются на цилиндрические сита и поток воды, поступающий снизу через краны 11 не дает наполнителям слеживаться. Баки 5 каскадных фильтров финишной очистки оснащены герметичными крышками, но отводных патрубков 15 вентиляции в них не требуется. Принудительный смыв пены электролизеров в патрубки сброса продуктов периодической промывки и аварийного перелива 18 осуществляется 2-4 раза в час через конусные окончания патрубка 32 по сигналу таймера, открытием электроклапана 17. При этом производительности встроенного насоса озонатора 6 достаточно для осуществления процесса промывки и кавитации. Промывка засыпного материала 12 производиться при проведении профилактики 3-5% раствором лимонной кислоты, подготовленным в отдельной емкости. Пластины электролизеров промываются водой. При проведении профилактики все крышки баков открыты, установка отключена, слив осадка осуществлен переключением кранов 11 в коллектор 16. Установка оснащена патрубками сброса продуктов периодической промывки и аварийного перелива 18 и дополнительных датчиков контроля аварийного уровня жидкости не требует.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных, дренажных, скважных и прудовых вод, содержащих сложные трудноокисляемые органические примеси, до нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, до нормативов технических оборотных вод, для сброса в централизованные канализационные системы, а также до уровня ПДК питьевой воды. Установка содержит последовательно установленные баки электролиза, озонирования, каскадных фильтров финишной очистки. Перед баками электролиза установлен эжектор для подачи озона, соединенный с приемной емкостью-усреднителем с распылителем и аэратором. Баки выполнены каскадными с перепадом рабочих поверхностей не менее 0,4 м к каждому последующему баку. Бак озонирования выполнен в виде бака вторичного озонирования с кавитатором. Между баком вторичного озонирования с кавитатором и выходными баками каскадных фильтров финишной очистки установлен в петле ОН-радикалов озонатор воды с собственным насосом. В баках электролиза применены инверторные электролизеры. Технический результат: повышение степени очистки загрязненных вод, упрощение и надежность конструкции. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Установка очистки сточных, дренажных, скважных, прудовых вод гражданских и промышленных объектов, содержащая последовательно установленные баки электролиза, озонирования, каскадных фильтров финишной очистки, отличающаяся тем, что перед баками электролиза установлен эжектор для подачи озона, соединенный с приемной емкостью-усреднителем с распылителем и аэратором, баки выполнены каскадными с перепадом рабочих поверхностей не менее 0,4 м к каждому последующему баку, бак озонирования выполнен в виде бака вторичного озонирования с кавитатором, при этом между баком вторичного озонирования с кавитатором и выходными баками каскадных фильтров финишной очистки установлен в петле ОН-радикалов озонатор воды с собственным насосом, а в баках электролиза применены инверторные электролизеры.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что снизу в баках электролиза и в баках каскадных фильтров финишной очистки установлен кран подачи воды, обеспечивающий прохождение воды снизу вверх, при этом каскадные фильтры финишной очистки выполнены в виде фильтров с засыпными материалами.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что все баки имеют герметичные закрывающиеся крышки.