Установка комплексной очистки сточных и питьевых вод Российский патент 2025 года по МПК C02F1/463 C02F9/00 

Область применения

Изобретение относится к очистке сточных вод и питьевой воды от взвешенных частиц, ионов загрязняющих веществ, из природных подземных и поверхностных водоисточников, характеризующихся высоким содержанием и сезонными колебаниями содержания минеральных и органических загрязняющих веществ в широком диапазоне концентраций.

Уровень техники

Известно устройство для электрокоагуляционной очистки сточных вод (патент РФ №57270, кл. МПК C02F 1/46, дата публ. 10.10.2006), содержащее корпус, разделенный перегородками на электродную камеру с растворимыми электродами, камеру отстаивания и выпускную камеру, которые сообщены между собой окнами в перегородках, пеноотводящий лоток, патрубок для подачи исходной воды, патрубок для отвода очищенной воды, патрубок для отвода осадка.

Известен способ электрокоагуляционной очистки фенолсодержащих вод (патент РФ №2198848, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 20.02.2003), при котором электрокоагуляцию ведут в бездиафрагменном электролизере под давлением кислорода 0,5-0,8 МПа при плотности тока 5 мА/см². В качестве электродного материала использовали Ст-3. Окисление фенола происходит за счет адсорбции на гидроксиде железа и растворенным кислородом.

Известно устройство и способ для обработки сточных вод (патент РФ №2494976, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 10.10.2013), имеющее электрокоагуляционный реактор и отстойник для приема потока, выходящего из реактора. Реактор имеет реакционный резервуар, имеющий впускной канал и выпускной канал, расходный анод, вращающийся катод и нерасходный анод. Первый зазор между расходным анодом и катодом составляет первую зону обработки воды. Второй зазор между катодом и нерасходным анодом составляет вторую зону обработки воды. Маршрут течения воды проходит от впускного канала к первой зоне обработки, затем ко второй зоне обработки и затем к выпускному каналу. В отстойнике выходящий из реактора поток разделяют на очищенную воду и загрязненный шлам.

Известно устройство для очистки сточных вод (патент РФ №212109, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 06.07.2022), включающее корпус с входным патрубком, выходным патрубком и патрубком слива осадка, внутри которого расположена камера с установленным электрокоагулятором, представляющим собой блок электродов, выполненных в виде пластин из металлического сплава, и выходным отверстием, через которое она сообщается с камерой осветления, в верхней части которой установлен делитель потока со сквозными ячейками, а также выходную камеру с блоком фильтрации, сообщающуюся с осветлителем посредством трубопровода, при этом электрокоагулятор соединен с входным патрубком, патрубок слива осадка выполнен в нижней части камеры осветления, а выходной патрубок выполнен в выходной камере. Устройство дополнительно содержит подающий насос, установленный на входном патрубке, и вакуумный насос, установленный на выходном патрубке, а блок фильтрации подключен к вакуумному насосу и представляет собой керамический мембранный блок с размером пор 0,001-100 мкм.

Известен способ электрохимической очистки вод бытового, питьевого и промышленного назначения (патент РФ №2687416, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 13.05.2019), включающий электрокоагуляцию с электродами из нержавеющей стали с предварительно гальванически нанесенным покрытием толщиной 0,2 мм. Осуществляют последующую фильтрацию на каскаде сорбентов, выбранных из натуральной или искусственной целлюлозы, кварцита белого и песка кварцевого с зерном 0,2 мм, поверхностно-модифицированного инкапсулированного анионообменника на основе силикагеля с привитой четвертичной аммониевой группой с метил-, этил-, метилэтокси-заместителями с порами 50 нм, и катионообменника с привитыми к силикагелевой матрице карбоксигруппами с порами 40 нм. Все операции осуществляются в едином электрокоагуляционном реакторе.

Известно автоматизированное устройство для очистки промышленных стоков (патент РФ №2653169, кл. МПК C02F 1/463, дата публ. 07.05.2018), содержащее последовательно соединенные приемную камеру 1 с установленным над ней дозатором реагента 2, статический смеситель 3, электрокоагулятор 8 с электродами и лопастной мешалкой 9, датчики pH-метра 5, камеру 11 с насосом высокого давления 12, фильтр-сгуститель непрерывного действия 13, приемную емкость для влажного осадка 15, пресс-фильтр 18, измерители концентраций примесей тяжелых металлов 16, насос для перекачки недоочищенной воды 23, резервуар-накопитель 24, насос 25 для подачи воды на повторный цикл очистки, регулирующие клапана, микропроцессорные контроллеры 17 и 20, ультразвуковой расходомер 26 на входном трубопроводе, корректор подачи реагента 38, сумматор 37, масштабирующие и корректирующие усилители, датчик 33 величины входного потока, блок сравнения потоков 32, частотные регуляторы и корректор 41 скорости перемешивания лопастной мешалкой.

Известна установка электрокоагуляционной очистки питьевой и сточной воды (патент РФ 2758698, кл.МПК C02F 1/463, 9/04, дата публ.01.11.2021), содержащая четырехсекционные блоки гальваноиндукционной и электрокоагуляционной обработки с установленными в них растворимыми электродами из разных по валентности металлов, узел дозирования реагентов, блок флотационной обработки, камеру взвешенного слоя, камеру тонкослойного отстаивания с тонкослойными модулями и источник питания. В общем внутреннем пространстве четырехсекционных блоков гальваноиндукционной обработки и блока электрокоагуляционной обработки установлена электромагнитная катушка с рабочей частотой 25-135 кГц. Четырехсекционные блоки гальваноиндукционной обработки образуют две ступени по четыре секции в каждой, причем в каждой секции блока гальваноиндукционной обработки наводится потенциал 0,5-0,9 В. Недостатком данной установки является отсутствие блока смешения и окисления поступающей воды, вследствие чего загрязненные вещества не окисляются для их дальнейшего удаления, отсутствие блока дегазации для удаления газов, производимых при электрокоагуляционной обработке, исполнение электродов в форме пластин уменьшает их полезную массу, а также ухудшает энергетическую эффективность выработки коагулянта, применение гидроксохлорида или оксихлорида алюминия в установке приводит к увеличению концентрации хлоридов в очищаемой воде, что может негативно сказаться на ее качестве.

Известна технология системно-комплексной электрокоагуляционной подготовки питьевой воды и модульная станция «Водопад» для ее осуществления (патент РФ №2591937, кл. МПК C02F 9/12, дата публ. 20.07.2016), реализуемая в модульной станции, содержащей последовательно расположенные функциональные модули: модуль предварительной очистки и дегазации исходной воды, модуль циркуляционного кондиционирования воды, модуль комплексной электрокоагуляционной обработки воды, модуль каскадного осветления и очистки воды, модуль тонкой финишной очистки и обеззараживания воды, посредством непрерывного осуществления управляемых технологических процессов удаления из воды взвешенных загрязняющих веществ, свободной углекислоты, сероводорода, аммиака, летучих пахнущих веществ, насыщения воды кислородом воздуха, кондиционирования воды путем циркуляционной механо-химической дезагрегации коллоидных и гидратно-ассоциированных загрязняющих веществ с одновременным дозированием хлорида натрия, щелочных или кислотных реагентов, обеспечивающих оптимальные величины электропроводности и водородного показателя воды, степени окисления загрязняющих веществ. Затем осуществляют комплексную электрокоагуляционную , электрохимическую и электромагнитную обработку кондиционированной воды в электрокоагуляторе с растворимыми электродами из высокочистого алюминия с осуществлением очистки указанных электродов, удаляют переведенные в нерастворимое состояние минеральные и органические вещества в процессе каскадного осветления воды с обеспечением организованного движения очищаемой воды сначала сверху вниз, а затем снизу вверх и тонкой финишной очистки путем фильтрования с заключительным обеззараживанием ультрафиолетовым облучением.

Известен способ электрокоагуляционной очистки питьевой и сточной воды (патент РФ №2751394, кл. МПК C02F 9/02, 9/12, дата публ.13.07.2021), включающий четырехступенчатые блоки гальваноиндуктивной обработки первой и второй ступеней, четырехступенчатый блок электрокоагуляционной обработки, систему электромагнитной обработки высокой частоты, блок электромагнитной обработки перпендикулярными полями, блок флотационной обработки с газоотделением, камеры взвешенного слоя глубокой сорбционной обработки, камеры ступенчатого тонкослойного отстаивания, фильтр с плавающей полимерной загрузкой, блок питания и управления, блок питания системы электромагнитной обработки высокой частоты и узел дозирования корректирующего раствора. Воду четыре раза обрабатывают в блоке четырехступенчатой гальваноиндуктивной обработки первой ступени и четыре раза обрабатывают в блоке четырехступенчатой гальваноиндуктивной обработки второй ступени, при этом воду одновременно с гальваноиндуктивной и электрокоагуляционной обработкой обрабатывают в электромагнитном поле с частотой 25-135 кГц с последующей ее обработкой в электромагнитных полях, перпендикулярных друг другу. Недостатком способа является увеличение энергетических затрат за счет применения системы электромагнитной обработки высокой частоты, а также увеличение габаритных размеров установки за счет применения флотационной обработки, требующей значительной площади и системы сбора осадка скребкованием.

Известен способ очистки стоков различного происхождения (патент РФ №2721789, кл. МПК C02F 9/06, дата публ. 22.05.2020), при котором грубо первично очищенные стоки подвергаются вакуумно-гравитационно-эжекторной обработке с одновременной подачей реагента. Далее стоки направляются на многоступенчатую первичную электрокоагуляционную обработку с соотношением циркуляции возврата на повторную электрообработку 6-7:1, флотационную обработку, обработку в камере взвешенного слоя с соотношением высоты камеры к её площади, равным 1,62, первичное осветление в камере осветления с лабиринтом и вертикально установленными тонкослойными модулями. Затем стоки подаются на вторичное осветление в камере с двумя секциями и горизонтально установленными тонкослойными модулями с соотношением количества нисходящего потока к восходящему, равным 0,72. Первично электрообработанные и дважды осветлённые стоки поступают на вторую ступень электрокоагуляционной обработки. Затем поступают в камеру взвешенного слоя с соотношением высоты к площади, равным 1,62, тонкослойное отстаивание в камере с горизонтально установленными тонкослойными модулями с соотношением нисходящего потока и восходящего, равным 0,72. Осветлённые стоки следуют на самопромывающийся фильтр с фильтрующей загрузкой из вспененного полистирола фракции №4 или №5. Затем отфильтрованная вода подаётся в регулирующую ёмкость, а промывная вода отводится в ёмкость промывной воды и осадка. От осветлителей первой и второй ступени электрообработки и осветления отводится накопившийся осадок. Осадок и промывная вода подаются в ёмкость уплотнения осадка, также туда подаётся раствор флокулянта. Уплотнённый осадок подаётся на фильтр-пресс, а декантированная отстоянная вода возвращается на повторную очистку.

Наиболее близким по конструктивному исполнению является способ и установка для очистки кислых шахтных вод (патент РФ № 2822699, кл. МПК C02F 1/66, дата публ. 11.07.2024), включающая последовательно соединенные бак накопления исходной очищаемой кислой шахтной воды, внутри которого размещены блок эжектирования, при этом установка включает бак дозирования реагента с реагентом NaOH, бак дозирования реагента с реагентом NaCl, выходы которых гидравлически связаны с блоком эжектирования, при этом, выход бака накопления исходной очищаемой кислой шахтной воды гидравлически связан с входом в последовательно соединенные электролизеры с растворяющимися электродами, в одном из которых электроды выполнены из алюминия, а в другом растворимые электроды выполнены из железа, при этом, выход из электролизеров гидравлически связан с дегазатором, выход которого гидравлически связан с входом в бак гравитационного разделения и осветления с размещенными внутри него блоком гравитационного разделения и блоком осветления, а выход из бака гравитационного разделения и осветления гидравлически связан со входом комплексного напорного фильтра, выход которого гидравлически связан со входом в бак очищенной воды, внутри которого размещен блок гальванического умягчения, выполненный из набора пластин металлогальванической пары, например, меди и алюминия. Недостатком установки является объединение линии подачи воды и линии циркуляции, что в случае очистки питьевой воды значительно сокращает эффективность работы установки.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение качества обрабатываемой воды за счет увеличения времени нахождения обрабатываемой воды под действием электрического тока, а также увеличение срока эффективной работы электролизера.

Технический результат обеспечивается благодаря тому, что установка комплексной очистки сточных и питьевых вод включает входной резервуар с установленным в него блоком вакуумно-эжекционной обработки, блок дозирования реагента, блок электрокоагуляционной обработки, бак-дегазатор воды, блок гравитационного осветления, блок фильтрации, блок накопления очищенной воды с установленным в него блоком бактерицидной обработки, при этом, выход входного резервуара гидравлически связан с блоком электрокоагуляционной обработки, включающим источники питания и электролизер с растворимыми электродами в виде стержней из алюминия или железа, при этом, для увеличения срока эксплуатации электродов блока электрокоагуляционной обработки и для обеспечения более длительной эффективной их работы, каждый из электродов электролизера связан воздуховодом с компрессором, при этом, выход блока электрокоагуляционной обработки гидравлически соединен с баком-дегазатором, при этом, с целью снижения токовых нагрузок при обработке воды, а также для увеличения времени нахождения обрабатываемой воды под действием электрического тока с целью увеличения качества очистки воды, для осуществления циркуляции воды в электролизере, на одном из выходов бака-дегазатора установлен насос, подающий часть очищаемой воды обратно в электролизер, при этом, другой выход бака-дегазатора гидравлически связан с блоком осветления, при этом, внутри емкости блока осветления, установлен ламинизатор потока, позволяющий снизить турбулентность входящего потока очищаемой жидкости, при этом, выход блока осветления гидравлически связан с блоком фильтрации, который гидравлически связан с блоком очищенной воды.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена схема установки комплексной очистки сточных и питьевых вод.

Осуществление изобретения

Установка комплексной очистки сточных и питьевых вод включает входной резервуар 1 для накопления очищаемой воды с установленным в него блоком вакуумно-эжекционной обработки 2, блок дозирования реагента 3, блок электрокоагуляционной обработки 4, бак-дегазатор воды 5, блок гравитационного осветления 6, блок фильтрации 7, блок накопления очищенной воды 8 с установленным в него блоком бактерицидной обработки 9.

Подаваемую на очистку воду направляют во входной резервуар 1, откуда циркуляционным насосом 10, воду подают на систему эжекторов 11 блока вакуумно-эжекционной обработки 2, установленного внутри входного резервуара 1, в который добавляют необходимое количество реагента из блока дозирования реагента 3.

Выход входного резервуара 1 гидравлически связан с блоком электрокоагуляционной обработки 4, включающим источники питания и электролизер 12 с растворимыми электродами в виде стержней из алюминия или железа. Для увеличения срока эксплуатации электродов блока электрокоагуляционной обработки 4 и для обеспечения более длительной эффективной их работы, каждый из них связан воздуховодом с компрессором 13, обеспечивающим продувку электродов, засоряемых в процессе проведения электрохимической обработки воды.

Выход блока электрокоагуляционной обработки 4 гидравлически соединен с баком-дегазатором 5, имеющим систему трубопроводов и вытяжек для отвода газа (на рис. не показано), расположенных выше уровня других блоков для более эффективного отвода газов. С целью снижения токовых нагрузок при обработке воды, а также для увеличения времени нахождения обрабатываемой воды под действие электрического тока с целью увеличения качества очистки воды, для осуществления циркуляции воды в электролизере 12, на одном из выходов бака-дегазатора 5 установлен насос 14, подающий часть очищаемой воды обратно в электролизер 12.

Другой выход бака-дегазатора 5 гидравлически связан с блоком осветления 6, выполненным в виде емкости с рассчитываемой площадью сечения в зависимости от требуемой производительности, скорость потока в котором обеспечивает подъем уровня жидкости со скоростью 0,5-2 см/мин. На входе, внутри емкости блока осветления 6, установлен ламинизатор потока 15 в виде перфорированного участка трубы, позволяющего снизить турбулентность входящего потока очищаемой жидкости.

Выход блока осветления 6 гидравлически связан с блоком фильтрации 7, включающий фильтр полистирольный и фильтр комплексный напорный 16.

Выход блока фильтрации 7 гидравлически связан с блоком очищенной воды 8, в котором проводят бактерицидную обработку очищаемой воды с помощью блока бактерицидной обработки 9.

Сливы входного резервуара 1, блока электрокоагуляционной обработки 4, бака-дегазатора 5, блока осветления 6, блока фильтрации 7, блока накопления очищенной воды 8, гидравлически связаны с дренажной линией. Гидравлические линии связи включают необходимые насосы, счетчики и запорную арматуру.

Установка комплексной очистки сточных и питьевых вод работает следующим образом:

В поступившую во входной резервуар 1 очищаемую сточную или питьевую воду вводят реагент - NaOH дозировкой порядка 0,1-2 кг/м³ для доведения смеси до значений рН 7-9, откуда циркуляционным насосом 10, воду подают на систему эжекторов 11 блока вакуумно-эжекционной обработки 2, попутно аэрируя для выделения и удаления летучих веществ из исходной воды и для окисления находящихся в ней недоокисленных веществ.

Прошедшую вакуумно-эжекционную обработку очищаемую воду направляют в блок электрокоагуляционной обработки 4, включающий электролизер 12 с растворимыми электродами из железа или алюминия для прохождения электрообработки, приводящей к структурным изменениям обрабатываемой воды, образованию взвеси коагулянта и флокулянта гидроксида алюминия или гидроксида железа, получаемых за счет растворения электродов.

Продувку электродов электролизера 12, с целью увеличения срока их эффективной работы, производят подачей воздуха из компрессора 13 в случае кратковременного (0,1-1 час) увеличения напряжения в сети более чем на 3-5% вследствие пассивации электродов. Обработанную в блоке электрокоагуляционной обработки 4 очищаемую воду направляют последовательно в бак-дегазатор воды 5, из которого, через систему трубопроводов и вытяжек (на рис. не показано), производят отвод газа, скопившего в процессе эжектирования, электрокоагуляционной обработки, за счет расположения бака-дегазатора 5 выше уровня расположения остальных емкостей системы для более эффективного отвода газов.

По одному из выходов бака-дегазатора 5 часть воды насосом 14 направляют обратно в электролизер 12 с целью снижения токовых нагрузок при обработке воды, а также для увеличения времени нахождения обрабатываемой воды под действием электрического тока. Остальную очищаемую воду, по другому выходу из бака-дегазатора 5, направляют в блок осветления 6.

В блоке осветления 6, за счет ламинизатора потока 15, осуществляют ламинарный подъем воды в резервуаре и осаждение взвеси коагулянта и флокулянта, регулируя скорость потока таким образом, чтобы она обеспечивала подъем уровня жидкости со скоростью 0,5-2 см/мин. Осветленная вода самотеком, из верхней части блока осветления 6, поступает в блок фильтрации 7.

В блоке фильтрации 7, очищаемую воду пропускают первоначально через фильтр полистирольный, затем через фильтр комплексный 16, заполненный загрузками, обеспечивающими доочистку воды от катионитов и анионитов.

Отфильтрованную в блоке фильтрации 7 воду направляют в блок очищенной воды 8, в котором проводят бактерицидную обработку очищаемой воды в блоке бактерицидной обработки 9.

Сливы входного резервуара 1, блока электрокоагуляционной обработки 4, бака-дегазатора 5, блока осветления 6, блока фильтрации 7, блока накопления очищенной воды 8, гидравлически связаны с дренажной линией. Гидравлические линии связи включают необходимые насосы, счетчики и запорную арматуру.

Результаты очистки сточной воды, прошедшей обработку на представленной установке, приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Определяемая характеристика Единицы измерений Результат измерений СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества ) До очистки воды После очистки воды pH Ед. pH 2,9 9 6-9 Жесткость ммоль/дм³ 20,79 6,8 7,0 Сульфаты (SO4) мг/л 300 250 500 Хлорид-ион CI мг/л 9,35 12,7 300 Кальций Ca мг/л 233 111,2 - Магний Mg мг/л 72.8 2.2 - Железо (Fe, суммарно) мг/л 15 0,1 0,3 Марганец Мг/л 10,4 0,065 0,1 Бериллий (Be, суммарно) мг/л 0.0142 0.00013 0.0002 Кобальт Co мг/л 0.061 0.0063 0,1 Литий Li мг/л 0.28 0.015 0,03 Никель Ni мг/л 0.184 0.005 0.1

Таким образом, после обработки, жесткость сточной воды снизилась более чем в 3 раза, содержание железа снизилось более чем в 100 раз, марганца - в 160 раз, бериллия - более чем в 100 раз, кобальта - в 10 раз, лития - в 15 раз, никеля - в 36 раз, удовлетворяя требованиям контроля качества питьевой воды.

Изобретение относится к очистке сточных вод и питьевой воды от взвешенных частиц, ионов загрязняющих веществ, из природных подземных и поверхностных водоисточников, характеризующихся высоким содержанием и сезонными колебаниями содержания минеральных и органических загрязняющих веществ в широком диапазоне концентраций. Установка включает входной резервуар 1 с установленным в него блоком вакуумно-эжекционной обработки 2, блок дозирования реагента 3, блок электрокоагуляционной обработки 4, бак-дегазатор воды 5, блок гравитационного осветления 6, блок фильтрации 7, блок накопления очищенной воды 8. Выход входного резервуара 1 гидравлически связан с блоком электрокоагуляционной обработки 4, включающим источники питания и электролизер 12 с растворимыми электродами в виде стержней из алюминия или железа. Выход блока электрокоагуляционной обработки 4 гидравлически соединен с баком-дегазатором 5, один из выходов которого гидравлически последовательно связан с блоком осветления 6, блоком фильтрации 7, блоком накопления очищенной воды 8. Каждый из электродов электролизера связан воздуховодом с компрессором 14. На одном из выходов бака-дегазатора 5 установлен насос 14, подающий часть очищаемой воды обратно в электролизер 12. Технический результат: улучшение качества обрабатываемой воды, увеличение срока эффективной работы электролизера. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Установка комплексной очистки сточных и питьевых вод, включающая входной резервуар с установленным в него блоком вакуумно-эжекционной обработки, блок дозирования реагента, блок электрокоагуляционной обработки, бак-дегазатор воды, блок гравитационного осветления, блок фильтрации, блок накопления очищенной воды, при этом выход входного резервуара гидравлически связан с блоком электрокоагуляционной обработки, включающим источники питания и электролизер с растворимыми электродами в виде стержней из алюминия или железа, при этом выход блока электрокоагуляционной обработки гидравлически соединен с баком-дегазатором, один из выходов которого гидравлически последовательно связан с блоком осветления, блоком фильтрации, блоком накопления очищенной воды, отличающаяся тем, что каждый из электродов электролизера связан воздуховодом с компрессором, при этом на одном из выходов бака-дегазатора установлен насос, подающий часть очищаемой воды обратно в электролизер.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри емкости блока осветления установлен ламинизатор потока, позволяющий снизить турбулентность входящего потока очищаемой жидкости.