Устройство для очистки бытовых вод Российский патент 2025 года по МПК C02F9/00 C02F1/78 C02F1/52 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для очистки бытовых вод.

Уровень техники

Устройства для очистки сточных вод известны из уровня техники.

Так, в патенте РФ на изобретение № 2813075 (опубл. 06.02.2024) описан способ очистки сточных и пластовых вод, включающий механическую очистку вод от твёрдых включений, гомогенизацию, ощелачивание, обработку кавитацией, вращающимся магнитным полем с ферромагнитными элементами до получения суспензии, озонирование, фильтрацию и разделение фракций. Вместе с тем, в устройстве отсутствуют, в частности, узел обезвоживания осадка, узел ввода реагентов.

В патенте РФ на полезную модель № 109754 (опубл. 27.10.2011) раскрыт модуль для получения кондиционированной питьевой воды, содержащий соединённые последовательно узел механической очистки, сорбционный угольный фильтр и установку обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами. Однако в этом устройстве отсутствует узел очистки воды от растворённых загрязнений.

В патенте РФ на изобретение № 2170711 (опубл. 20.07.2001) описана установка получения питьевой воды, содержащая последовательно установленные блок предварительной очистки, колонну озонирования с генератором озона, блок коагуляции, фильтр с плавающей загрузкой и блок тонкой очистки. Но степень очистки воды в этом устройстве всё же недостаточна, к тому же, как и в предыдущем устройстве, отфильтрованные отходы сбрасываются в канализацию.

Наиболее близким аналогом следует считать заявку на изобретение Мексики № 2015012725 (опубл. 13.03.2017), в которой представлено оборудование для обработки воды, включающее в себя последовательно соединённые узел механической очистки, узел озонирования и узел флокуляции. Однако и в этом устройстве степень очистки недостаточна.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является расширение арсенала технических средств и достижение результата в виде повышения степени очистки воды.

Для решения этой задачи и достижения указанного результата в настоящем изобретении предложено устройство для очистки бытовых и производственных вод, содержащее: узел измельчения твёрдых отходов, предназначенный для измельчения твёрдых отходов в сточных водах, поступающих на вход устройства; узел накопления и физико-химической очистки, предназначенный для обеззараживания сточных вод, поступающих из узла измельчения твёрдых отходов, за счёт реакций между по меньшей мере одним реагентом и загрязняющими веществами, содержащимися в сточных водах, и для очистки сточных вод от прореагировавших загрязнений; узел ввода реагентов, предназначенный для хранения по меньшей мере одного реагента и введения упомянутых реагентов в воду, забираемую из узла накопления и физико-химической очистки и возвращаемую в этот же узел; узел фильтрации, предназначенный для очистки сточных вод, поступающих из узла накопления и физико-химической очистки, для деструкции остаточного озона и для вывода очищенной воды; узел обезвоживания осадка, предназначенный для отделения осадка от воды, поступающей из узла накопления и физико-химической очистки, и направления её в узел измельчения твёрдых отходов, а также для выгрузки обезвоженного шлама; озонатор, предназначенный для выработки и подачи озона в узел ввода реагентов.

Особенность устройства по настоящему изобретению состоит в том, что узел накопления и физико-химической очистки может содержать соединённые параллельно по потоку по меньшей мере две емкости с коническим дном. Ёмкости предназначены для накопления, каталитического или некаталитического обеззараживания, каталитической или некаталитической обработки реагентами и сепарации загрязняющих веществ в зависимости от требуемой производительности по очищаемой воде (в час, сутки и так далее). При этом в разных ёмкостях могут проходить разные по стадийности обработки воды процессы.

Другая особенность устройства по настоящему изобретению состоит в том, что в узле накопления и физико-химической очистки может быть установлен катализатор, который может покрывать всю поверхность ёмкостей с внутренней стороны, что по сравнению с иными способами исключает дополнительное обрастание осадком, вторичное загрязнение и обеспечивает большую площадь для массообмена по сравнению с иными методами размещения катализатора. Кроме этого, для повышения эффективности каталитической активности и предупреждения вторичного загрязнения дополнительно в ёмкости могут быть предусмотрены форсунки периодического действия для смыва загрязнений с поверхности катализатора.

В качестве катализатора может быть использована, например, титановая фольга (см, например: https://www.metall-gipermarket.ru/goods/84942758-titanovaya_folga_vt1_0_ot4_1_vt6_3m_vt14_pt3_v, https://redmetsplav.ru/store/titan/rossiyskie-splavy-4/titan-vt1-0-1/folga-titanovaya-vt1-0-1/), которая может наклеиваться нерабочей поверхностью на внутреннюю поверхность емкости. В качестве катализатора также может быть использована, например, медная или платиновая фольга.

Ещё одна особенность устройства по настоящему изобретению состоит в том, что количество реагентов, вводимых в узле ввода реагентов, может быть более одного (два, три, четыре, пять и так далее), в зависимости от выполняемой задачи, например, введение обеззараживающего вещества для обеззараживания, щёлочи для рН-коррекции, коагулянта для коагуляции, флокулянта для флокуляции.

При этом узел ввода реагентов может исключать смешивание реагентов до их введения в поток воды узел (то есть ввода реагентов может быть предназначен для раздельного введения реагентов в поток сточных вод), при этом реагенты могут вводиться способом эжектирования, в том числе поочерёдно в заранее заданной последовательности.

Также особенностью устройства по настоящему изобретению является то, что узел фильтрации может содержать соединённые последовательно по потоку фильтр грубой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 200 мкм, фильтр средней очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 50 мкм, фильтр тонкой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 1 мкм, и фильтр сорбционный.

Наконец, ещё одна особенность устройства по настоящему изобретению состоит в том, что узел обезвоживания осадка может включать в себя установленные последовательно по потоку насос и ёмкость с закреплённым в ней фильтрующим полотном для сепарации осадка.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение иллюстрируется приложенным чертежом.

Фиг. 1 представляет обобщённую схему устройства по настоящему изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления

Устройство для очистки бытовых вод по настоящему изобретению осуществляет очистку бытовых сточных вод (далее – сточные воды) в несколько этапов, на каждом из которых выполняется соответствующая очистка. Каждый этап очистки осуществляется в соответствующем узле, которые описаны далее.

Устройство по настоящему изобретению содержит соединённые последовательно по потоку узел 1 измельчения твёрдых отходов, узел 2 накопления и физико-химической очистки, узел 3 фильтрации.

Узел 1 измельчения твёрдых отходов имеет выход 4 в узел 2 накопления и физико-химической очистки.

Узел 2 накопления и физико-химической очистки имеет выход 5 воды и выход 6 осадка. При этом данное устройство содержит узел 7 ввода реагентов, на вход 8 которого поступают сточные воды из узла 2 накопления и физико-химической очистки, которые после прохождения через узел 7 ввода реагентов и введения реагента (реагентов) возвращаются через выход 9 в узел 2 накопления и физико-химической очистки. В узел 7 ввода реагентов поступает озон из озонатора 10.

Узел 3 фильтрации имеет выход 11 чистой воды.

Данное устройство также включает в себя узел 12 обезвоживания осадка, выход 13 воды которого соединён со входом 14 узла 1 измельчения твёрдых отходов, а выход 15 предназначен для выгрузки обезвоженного шлама.

На Фиг. 1 показаны вход 14 для подачи сточных вод, являющийся входом узла 1 измельчения твёрдых отходов, выход 11 чистой воды, являющийся выходом узла 3 фильтрации, и выход 15 осадка, являющийся выходом осадка узла 12 обезвоживания осадка.

Узел 1 измельчения твёрдых отходов предназначен для измельчения твёрдых отходов в сточных водах, поступающих на вход устройства, поступающих на вход 14 устройства. Узел 1 измельчения твёрдых отходов сточных вод представляет собой резервуар для сбора сточных вод со встроенным насосом, имеющим режущий механизм (измельчитель отходов), которым может быть любой насос с режущим механизмом требуемой производительности (например, дренажный насос QUATTRO ELEMENTI ПРОФ Sewage https://www.vseinstrumenti.ru/product/drenazhnyj-nasos-quattro-elementi-prof-sewage-1100f-ci-cut-645-297-715805/).

Узел 2 накопления и физико-химической очистки содержит по меньшей мере одну ёмкость (реактор) с коническим дном (см., к примеру: https://anion-msk.ru/catalog/konusnye-emkosti-664/). При этом узел 2 накопления и физико-химической очистки может содержать две и более ёмкости, предпочтительно с коническим дном, соединённые последовательно по потоку, причём в разных ёмкостях могут проходить разные стадии процесса обработки воды.

В узле 2 накопления и физико-химической очистки могут происходить обеззараживание сточных вод и содержащихся в них нерастворенных частиц, образующих в дальнейшим осадок, за счёт реакций между по меньшей мере одним реагентом и загрязняющими веществами, содержащимися в сточных водах, и для очистки сточных вод от прореагировавших загрязнений. В частности, в узле 2 накопления и физико-химической очистки могут происходить окислительно-восстановительные реакции с загрязняющими веществами, содержащимися в сточных водах, и реагентом (реагентами); очистка сточных вод от фосфатов или иных растворённых загрязнений, извлекаемых реагентами, например, коагулянтами (на основе солей металлов) и флокулянтами (на основе полиакриламида или природных компонентов).

В процессе очистки по меньшей мере часть воды из узла 2 накопления и физико-химической очистки забирается в узел 7 ввода реагентов, в котором находится по меньшей мере один реагент и осуществляется введение по меньшей мере одного упомянутого реагента в воду. После введения по меньшей мере одного реагента в воду осуществляется её возврат в узел 2 накопления и физико-химической очистки. Узел 7 ввода реагентов может быть использован для раздельного введения реагентов в поток сточных вод, то есть предусматривать исключение смешивания реагентов (при использовании более одного реагента) до их введения в поток в воды, в частности, путём введения реагентов способом эжектирования, в том числе поочерёдно в заданной последовательности.

В узел 7 ввода реагентов подаётся озон из озонатора 10, в качестве которого возможно использовать любой озонатор с техническими характеристиками, отвечающими поставленной задаче, например, по производительности озона из расчёта не менее 10 г/ч озона (например, озонатор воздуха для дома и квартиры бытовой JKWSTAR 28 г/ч, https://www.ozon.ru/product/ozonator-vozduha-dlya-doma-i-kvartiry-bytovoy-jkwstar-28-g-ch-391356899/?asb=hIS9INYYuIOF0ubXdNWHNkAabnyN%252BCveNuydIvzBvvc%253D&asb2=rgy0r_Um0DSKuseNaB0WQR5FJljGdqLwCMB1PzPIOE2ls8micxF9KMvbVtkZv8bOdc7Fdkjvq7EyFjWRJZH0dA&avtc=1&avte=2&avts=1716885783&keywords=%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80+10+%D0%B3%2F%D1%87

или генератор озона EMEC-O3/10, 10 г/час, https://www.marcobravo.ru/generator-ozona-emec-o310-10-gchas-s-degazatorom).

В узле 2 накопления и физико-химической очистки может быть установлен катализатор для проведения каталитических реакций.

Катализатор может иметь любую форму, предпочтительно препятствующую осадкообразованию, например в виде полузакрепленных стержней или пластин, форма и движение которых, обусловленное движением воды внутри ёмкости (реактора), позволяет снизить вероятность биообрастания и потери каталитической активности.

Катализатор может покрывать всю поверхность ёмкости с внутренней стороны. Ёмкость узла 2 накопления и физико-химической очистки может содержать форсунки периодического действия для смыва загрязнений с поверхности катализатора.

Узел 3 фильтрации предназначен для очистки сточных вод, поступающих из узла 2 накопления и физико-химической очистки, через по крайней мере один фильтр от механических нерастворенных, эмульгированных и растворённых загрязнений, в том числе для деструкции остаточного количества озона, растворённого в воде.

Узел 3 фильтрации может содержать соединённые последовательно по потоку фильтр грубой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 200 мкм, фильтр средней очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 50 мкм, фильтр тонкой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 1 мкм, и фильтр сорбционный.

Узел 12 обезвоживания осадка предназначен для отделения воды от осадка из узла 2 накопления и физико-химической очистки и направления её в узел 1 измельчения твёрдых отходов, а также для выгрузки обезвоженного шлама через выход 15.

Узел 12 обезвоживания осадка может включать в себя установленные последовательно по потоку насос и ёмкость с закреплённым в ней фильтрующим полотном для сепарации осадка.

Выход 13 воды из узла 12 обезвоживания осадка соединён со входом 14 узла 1 измельчения твёрдых отходов, а выход 15 предназначен для выгрузки обезвоженного шлама.

Узел 12 обезвоживания осадка имеет трубопровод подачи осадка (выход 6 из узла 2 накопления и физико-химической очистки), на который может устанавливаться фильтрующий осадок мешок, позволяющий влаге, содержащейся в осадке, под действием сил гравитации стекать вниз в трубопровод отведения воды (выход 13 из узла 12 обезвоживания осадка через вход 14 в узел 1 измельчения твёрдых отходов). Объём мешка выбирается из расчета производительности (например, мешок д/хранения Мультидом 30х35см лён https://megastroy.com/products/385706).

Устройство для очистки бытовых и производственных вод по настоящему изобретению работает следующим образом.

На вход 14 устройства поступают сточные воды, подаваемые насосом. Таким насосом, как это известно специалистам, может быть любой насос, обеспечивающий требуемый последующим узлом 1 измельчения твёрдых отходов напор, расход воды и отвечающий требованиям подаваемой воды по крупности взвешенных частиц и коррозионной активности.

Поступившие в узел 1 измельчения твёрдых отходов сточные воды, по достижении заданного объёма (срабатывает находящийся в резервуаре поплавковый датчик уровня) подаются в узел 2, одновременно измельчаются крупные не растворённые загрязнения в процессе перекачки за счёт работы насоса (посредством вращения его рабочего колеса и закрепленного на той же оси с колесом режущего механизма).

С выхода 4 узла 1 измельчения твёрдых отходов сточные воды поступают в узел 2 накопления и физико-химической очистки.

По меньшей мере часть воды из узла 2 накопления и физико-химической очистки поступает на вход 8 узел 7 ввода реагентов. В узле 7 ввода реагентов в поступившую воду вводится по меньшей мере 1 реагент. Возможно введение двух и более реагентов. Реагент может вводиться способом эжектирования. При использовании нескольких реагентов возможно не допустить их предварительное смешивание, обеспечив непосредственное введение каждого реагента напрямую в поток воды способом эжектирования, в том числе поочерёдно из различных ёмкостей. При этом ввод реагентов возможен в заранее заданной последовательности, например, при использовании автоматизированной системы управления.

При этом в узел 7 ввода реагентов для введения в воду из озонатора 10 подаётся озон.

Сточные воды обрабатываются озоном, вырабатываемым озонатором из атмосферного воздуха, что позволяет одновременно провести обеззараживание воды (посредством в том числе озонокаталитической реакции) и выделяемого из неё осадка, а также снизить количество иных реагентов при их использовании.

После прохождения через узел 7 ввода реагентов и введения реагента (реагентов) через выход 9 вода возвращается в узел 2 накопления и физико-химической очистки.

Как отмечалось ранее, в узле 2 накопления и физико-химической очистки может быть установлен катализатор для проведения каталитических реакций, который может иметь любую форму, предпочтительно препятствующую осадкообразованию, например в виде полузакреплённых стержней или пластин, форма и движение которых, обусловленное движением воды внутри ёмкости (реактора), позволяет снизить вероятность биообрастания и потери каталитической активности.

Катализатор может покрывать всю поверхность ёмкости с внутренней стороны. При этом ёмкость узла 2 накопления и физико-химической очистки может содержать форсунки периодического действия для смыва загрязнений с поверхности катализатора, через которые подаётся вода, например, из центрального водопровода или из выхода 11 узла 3 фильтрации.

Вода из узла 2 накопления и физико-химической очистки через выход 5 поступает в узел 3 фильтрации.

В узле 3 фильтрации вода проходит через как минимум один фильтр для очистки от механических нерастворённых, эмульгированных и растворённых загрязнений, в том числе для деструкции остаточного количества озона, растворённого в воде. В случае использования нескольких фильтров они могут быть последовательно установлены.

Узел 3 фильтрации может содержать соединённые последовательно по потоку фильтр грубой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 200 мкм, фильтр средней очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 50 мкм, фильтр тонкой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 1 мкм, и фильтр сорбционный.

Очищенная в узле 3 фильтрации вода поступает на выход 11.

В ходе обработки сточных вод реагентом (реагентами) и наличии в воде прочих загрязнений – образуются нерастворимые примеси, которые оседают на дно узла 2 накопления и физико-химической очистки. При этом на фильтрацию в узел 3 фильтрации отводится только вода, тогда как осадок отводится в узел 12 обезвоживания осадка. Оставшийся в узле 2 накопления и физико-химической очистки осадок, состоящий из продуктов реакции реагентов и прочих нерастворенных примесей, за счёт обработки сточных вод, из которых он выделен осаждением в узле 2 накопления и физико-химической очистки, как минимум одним реагентом – обеззаражен. Осадок из узла 2 накопления и физико-химической очистки через выход 6 поступает в узел 12 обезвоживания осадка.

Узел 12 обезвоживания осадка может включать в себя установленные последовательно по потоку насос и ёмкость с закреплённым в ней фильтрующим полотном для сепарации осадка.

Обезвоженный шлам выгружается из узла 12 обезвоживания осадка через выход 15, а вода направляется через выход 13 во вход 14 узла 1 измельчения твёрдых отходов.

Подача воды из одного узла в другой может осуществляться посредством любого подходящего для этих целей насоса и (или) за счёт перепада высот.

Вся работа устройства может быть полностью автоматизирована и управляться через встроенный шкаф управления с передачей данных о текущих процессах и требуемых сервисных действиях оператору. Система жизнеобеспечения устройства может быть представлена системами отопления и вентиляции, освещения, автоматической пожарной сигнализацией и пожаротушения.

Принцип работы узлов, применённых в настоящем изобретении, может быть известен по отдельности из уровня техники. Однако их комплексное использование в той последовательности, которая указана в формуле изобретения, когда каждый узел очистки облегчает работу последующего узла, как раз и обеспечивает лучшее очищение сточных вод, а кроме того, даёт возможность переработать отфильтрованные осадки в измельчённую и обезвоженную массу, которая может быть использована в качестве вторичного сырья, например, в строительной промышленности.

Таким образом, в устройстве по настоящему изобретению решена задача расширения арсенала технических средств и достигнут результат в виде повышения степени очистки воды.

Настоящее изобретение относится к устройствам для очистки воды. Устройство содержит узел измельчения твёрдых отходов, узел накопления и физико-химической очистки, узел ввода реагентов, узел фильтрации, узел обезвоживания осадка, озонатор. Узел накопления и физико-химической очистки предназначен для обеззараживания сточных вод, поступающих из узла измельчения твёрдых отходов, за счёт реакций между по меньшей мере одним реагентом и загрязняющими веществами сточных вод, для очистки сточных вод от прореагировавших загрязнений. Узел ввода реагентов предназначен для хранения по меньшей мере одного реагента и введения упомянутых реагентов в воду, забираемую из узла накопления и физико-химической очистки и возвращаемую в этот же узел. Узел фильтрации предназначен для очистки сточных вод, поступающих из узла накопления и физико-химической очистки, для деструкции остаточного озона и для вывода очищенной воды. Узел фильтрации содержит соединённые последовательно по потоку фильтр грубой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 200 мкм, фильтр средней очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 50 мкм, фильтр тонкой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 1 мкм, и фильтр сорбционный. Узел обезвоживания предназначен для отделения осадка от воды, поступающей из узла накопления и физико-химической очистки, и направления её в узел измельчения твёрдых отходов, а также для выгрузки обезвоженного шлама. Озонатор предназначен для выработки и подачи озона в узел ввода реагентов. Технический результат: повышение степени очистки воды. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для очистки бытовых вод, содержащее:

- узел измельчения твёрдых отходов, предназначенный для измельчения твёрдых отходов в сточных водах, поступающих на вход устройства;

- узел накопления и физико-химической очистки, предназначенный для обеззараживания сточных вод, поступающих из узла измельчения твёрдых отходов, за счёт реакций между по меньшей мере одним реагентом и загрязняющими веществами, содержащимися в сточных водах, и для очистки сточных вод от прореагировавших загрязнений;

- узел ввода реагентов, предназначенный для хранения по меньшей мере одного реагента и введения упомянутых реагентов в воду, забираемую из узла накопления и физико-химической очистки и возвращаемую в этот же узел;

- узел фильтрации, предназначенный для очистки сточных вод, поступающих из узла накопления и физико-химической очистки, для деструкции остаточного озона и для вывода очищенной воды, содержащий соединённые последовательно по потоку фильтр грубой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 200 мкм, фильтр средней очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 50 мкм, фильтр тонкой очистки, имеющий фильтрующую перегородку с крупностью ячейки не более 1 мкм, и фильтр сорбционный;

- узел обезвоживания осадка, предназначенный для отделения осадка от воды, поступающей из узла накопления и физико-химической очистки, и направления её в узел измельчения твёрдых отходов, а также для выгрузки обезвоженного шлама;

- озонатор, предназначенный для выработки и подачи озона в узел ввода реагентов.

2. Устройство по п. 1, в котором узел накопления и физико-химической очистки содержит соединённые параллельно по потоку по меньшей мере две ёмкости с коническим дном.

3. Устройство по п. 1, в котором в узле накопления и физико-химической очистки установлен катализатор.

4. Устройство по п. 3, в котором катализатор покрывает всю поверхность ёмкости с внутренней стороны.

5. Устройство по п. 3, в котором ёмкость содержит форсунки для смыва загрязнений с поверхности катализатора.

6. Устройство по п. 1, в котором узел ввода реагентов предназначен для раздельного введения реагентов в поток сточных вод.

7. Устройство по п. 1, в котором узел ввода реагентов выполнен с возможностью введения реагентов эжектированием.

8. Устройство по п. 7, в котором узел ввода реагентов выполнен с возможностью введения реагентов поочерёдно в заранее заданной последовательности.

9. Устройство по п. 1, в котором узел обезвоживания осадка включает в себя установленные последовательно по потоку насос и ёмкость с закреплённым в ней фильтрующим полотном для сепарации осадка.