Устройство для очистки сточных вод Советский патент 1992 года по МПК C02F3/32 

Изобретение относится к области очистки воды и предназначено для использования в сооружениях биологической очистки вод от загрязняющих веществ, например, на каналах и водотоках.

Известно устройство для очистки сточных вод и отвода их в водоем, содержащее канал с секциями биологического окисления с оптически прозрачной фильтрующей загрузкой, секции водной растительности и

вертикальные отстойники, каждый из которых расположен перед секцией водной растительности и выполнен сообщенным с выходным концом секции биологического окисления, а между секциями водной растительности и секциями биологического окисления установлены дырчатые перегородки. В известном устройстве очистка сточных вод проводится только с помощью аэробных процессов, а снабжение кислородом без специальных устройств для аэрации является недостаточным для достижения требуемой степени очистки. В известном устройстве невозможна очистка воды в условиях отрицательных температур, что снижает производительность устройства.

Известен канал для защиты от эвтрофи- кации природного водоема сточными водами, содержащий секции биологического окисления, выполненные в виде вертикаль- .ных колонн с расположенными в их верхней части приемными камерами, а в нижней части сборными резервуарами и насосами с трубопроводами, секции водной растительности, размещенные на перфорированных поддонах, укрепленных одной стороной на днище, а другой стороной на опорных рамах и вертикальные отстойники, которые снабжены патрубками и вентилями для сброса осадка.

Известное устройство для защиты от эв- трофикации природного водоема недостаточно надежно, вследствие насыщения сооружения сложными системами аэрации и механической очистки. Это приводит к высоким эксплуатационным и энергетическим затратам. Сложность конструкции, ее высокая стоимость не дают возможности широко использовать изобретение в практике очистки сточных вод.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для очистки сточных вод, включающее канал с наклонной ступенчатой поверхностью и устройство для аэрации воды. При этом устройство для аэрации воды выполнено в виде воздухопровода, размещенного под ступенчатой поверхностью и снабженного воздухозабо- ром и патрубками, выходные отверстия которых расположены в начале каждой ступени. При работе известного устройства вода насыщается кислородом воздуха, за счет чего происходит ее очистка. При этом насыщение кислородом происходит как за счет захвата воздуха свободной поверхностью очищаемой воды, так и за счет вовлечения воздуха в зоны пониженного давления ниже ступеней и в поток при самотечном поступлении по воздухопроводящей системе.

Известное устройство обладает существенными недостатками. Очистка воды в нем

производится только с помощью эффекта аэрации. При этом интенсификация этого процесса возможна только за счет увеличения скорости течения жидкости, т.е. увеличением перепада уровней и толщиной

0 пропускаемого слоя. Таким образом, в известном устройстве происходит пассивная очистка. В процессе эксплуатации процесс очистки невозможно активизировать без создания дополнительных устройств. Ступен5 чатая поверхность известного устройства не предусматривает биологической очистки воды, в противном случае она должна была бы быть выполнена специальным образом. В результате оказывается недостаточной

0 степень очистки сточной воды. Для ее повышения необходимо либо воду несколько раз пропускать через одно устройство, либо нужно создавать дополнительные сооружения, что приводит к удорожанию работ. Из5 вестное устройство ограничено в применении в условиях отрицательных температур, так как при температурах ниже -5° С происходит обледенение ступеней, закупоривание ледяными пробками во.зду0 хопровода, что снижает производительность устройства.

Цель изобретения - повышение производительности и степени очистки сточных вод путем использования устройства в усло5 виях отрицательных температур, а также путем интенсификации процесса очистки за счёт применения биологической очистки и активизации процесса аэрации.

Поставленная цель достигается тем, что

0 в устройстве для очистки сточных вод, включающем канал с наклонной ступенчатой поверхностью и устройство для аэрации воды, каждая ступень канала выполнена в виде обвалованного фильтрующего основания,

5 содержит отопительный элемент и снабжена полиэтиленовым покрытием,закрепленным на стенках валиков, а устройство для аэрации выполнено в виде водоприемных дрен, расположенных под фильтрующим ос0 нованием каждой ступени, при этом концы дрен выполнены сообщающимися с атмосферой таким образом, что нижние концы дрен предыдущей ступени выведены в последующую ступень. При этом полиэтилено5 вое покрытие в средней части каждой ступени опирается на закрепленный с возможностью вертикального перемещения стержень. Покрытие может быть выполнено двухслойным с возможностью изменения воздушного зазора между слоями. Стержень, на который опирается полиэтиленовое покрытие, может быть закреплен с помощью пневмоподушек, Устройство для аэрации может быть выполнено также в виде водоприемных дрен, расположенных под фильтрующим основанием каждой ступени, при этом нижние концы дрен предыдущей ступени выведены в последующую ступень, а верхние концы дрен соединены посредством трубы с воздухопроводом.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, чтокаждая ступень канала выполняется в виде обвалованного фильтрующего основания, содержит отопительный элемент и снабжена полиэтиленовым покрытием, закрепленным на стенках валиков. Новым в предлагаемом устройстве является и исполнение устройства для аэрации, которое может быть выполнено в виде водоприемных дрен, расположенных под фильтрующим основанием каждой ступени, при этом концы дрен выполнены сообщающимися с атмосферой таким образом, что нижние концы дрен предыду- щей ступени выведены в последующую ступень. Устройство для аэрации может быть выполнено и в виде водоприемных дрен, расположенных под фильтрующим основанием каждой ступени, при этом нижние кон- цы дрен предыдущей ступени выведены в последующую ступень, а верхние концы дрен соединены посредством трубы с воздухопроводом. Новым в предлагаемом устройстве является то,что полиэтиленовое покрытие выполнено двухслойным с возможностью изменения воздушного зазора между слоями, при этом покрытие в средней части опирается на закрепленный с возможностью вертикального перемещения стер- жень, который может быть закреплен с помощью пневмоподушки.

Выполнение ступеней устройства в виде обвалованного фильтрующего основания, снабженного отопительным элементом и полиэтиленовым покрытием, позволяет осуществлять очистку воды в зимних условиях в периоды отрицательных температур. При этом образующееся за счет разности температур воздуха (в 2-5°С) на смежных ступенях избыточное давление на входе и выходе дрен обеспечивает интенсивную вентиляцию, а значит аэрацию фильтрующего основания и его активный прогрев. В том случае, когда верхние концы дрен сое- диняют с воздухопроводом, по которому в периоды значительно низких температур подается теплый воздух, аэрация-фильтрую- щего основания, его вентиляция и прогрев протекают еще интенсивней. Каждая обвалованная ступень обеспечивает инфильтрацию стоков через почвогрунт фил ьтрующего основания в дрены, уложенные под этим основанием, а поступлением частично очищенных стоков на поверхность фильтрующего основания нижележащей ступени. Выполнение полиэтиленового покрытия двухслойным с возможностью регулирования воздушного зазора между слоями позволяет при небольших снижениях температуры воздуха увеличивать или поддерживать на заданном уровне температуру воздуха под покрытием без дополнительных энергетических затрат. При сравнительно больших понижениях температур воздуха (ниже 2-10°С) в пространстве между слоями покрытия может также подаваться теплый воздух для стабилизации температуры пространства под по- крытием. При этом поддерживается оптимальная для работы устройства температура воздуха (5-15°С) при незначительных энергетических затратах.

На фиг, 1 изображено устройство для очистки сточных вод, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, план; на фиг. 3 - ступень и устройство для аэрации, продольный разрез; на фиг. 4 - ступень с полиэтиленовым покрытием, поперечный разрез; на фиг. 5 - устройство для аэрации, поперечный разрез.

Устройство для очистки сточных вод содержит канал с наклонной ступенчатой поверхностью 1. Каждая ступень канала 2 обвалована валиками 3, выполнена с фильтрующим основанием 4 и содержит отопительный элемент 5, например отопитель 6 линейный электрический типа ЭНГЛ-180. На стенках валиков закреплено, например, с помощью натянутой на штыри 6 капроновой сетки 7 полиэтиленовое покрытие 8, которое может быть выполнено двухслойным, с возможностью изменения воздушного зазора 9 между слоями, при этом возможен прогрев межпленочного воздушного пространства с помощью теплового воздуха, подаваемого, например, в перфорированную трубу 10, которая может располагаться в межпленочном пространстве каждой ступени. Под фильтрующим основанием 4 каждой ступени расположены устройства для аэрации воды, выполненные в виде водоприемных дрен 11, при этом верхние концы дрен 12 сообщаются с атмосферой ступени, которой они принадлежала нижние концы дрен 13 выведены в последующую ступень. Устройство для аэрации может выполняться в виде воздухопровода 14, соединенного с помощью труб 15 и переходников 16 и соединительных муфт 17 с верхними концами 12 дрен каждой ступени. Полиэтиленовое

покрытие в средней части каждой ступени может опираться на стержень 18, который закреплен с возможностью вертикального перемещения. Вертикальное перемещение стержня 18 может быть обеспечено, например, с помощью гидроцилиндров, шарнирных соединений. Лучшим вариантом такого рода закрепления являются пневмоподуш- ки 19. Возможность изменения воздушного зазора между верхним и нижним слоями покрытия обеспечивается, например, вертикальным перемещением закрепленного на стержне верхнего слоя относительно нижнего и наоборот. Количество ступеней устройства для очистки сточных вод определяется характером и уклоном поверхности почвы, объемом стоков, видом сточных вод, степенью их загрязнения , необходимой степенью очистки сточных, вод. При строительстве ступенчатого канала пахотный горизонт глубиной 0,3 м снимают, а затем, после устройства ступеней, создают из этого пахотного слоя фильтрующее основание. Фильтрующее основание может быть выполнено также из искусственных материалов,обладающихвысокими адсорбционными свойствами, обеспечивающими очистку воды. Это могут быть как природные материалы (супесь, песок, гравий, их смеси), так и синтетические (пенистые и волокнистые) пластмассы, шлаки, вермикулит и другие. На поверхности фильтрующего основания могут быть высажены высшие водные растения (не показаны), в качестве которых могут быть использованы растения, имеющие различные сроки вегетации, типы водно-воздушной корневой системы, поглощающую способность. При выборе типов водных растений необходимо учитывать их различную поглощающую способность. Например, активное поглощение фенолов и его производных происходит в зарослях камыша. Эффективную очистку вод, загрязненных нефтепродуктами, обеспечивает элодея канадская и рогоз широколистный. Очистку биогенов наилучшим образом обеспечивает тростник обыкновенный, Ширина ступени, ее длина определяются, в основном, уклоном рельефа. Однако, уклон должен быть не менее 0,004, Оптимальная ширина ступени 3-5 м, длина от 10 до 50-100 м. Перепад высот между концом одной и началом другой ступени должен быть в пределах 0,45-0,50 м. Водоприемные дрены укладывают параллельно друг другу вдоль ступени. Диаметр трубок 50-70 мм. Расстояние между дренами 0,2- 0,3 м. В том случае, когда канал устраивают на хорошо проницаемых почвах, дрены необходимо укладывать на пленочный экран, чтобы не происходили утечки за счет фильтрации очищаемой воды. Валики на каждой ступени выполняют высотой 0,1-0,15 м и шириной 0,4 м. Валики необходимо устраивать из слабопроницаемого грунта (тяжелого суглинка, глины). Расход очищаемой воды подбирается таким образом, чтобы не допустить перелив воды через валики. Этот

0 расход составляет 1-5 л/с.

Устройство работает следующим образом.

Загрязненные воды напуском поступают в канал с наклонной ступенчатой повер5 хностью. Вода, последовательно фильтруясь через основание каждой предыдущей ступени, попадает по дренам 11 в последующую1 ступень, после чего, пройдя все ступени канала, сбрасывается в водоем

0 или водоток. Вследствие того, что каждая ступень канала 2 содержит полиэтиленовое покрытие 8, очистка воды может осуществляться в условиях отрицательных температур. При этом отопительный элемент 5

5 создает необходимую температуру над каждой ступенью, при создании разности температур уже на 2-5°С на двух смежных ступенях создается избыточное давление воздуха на входе и выходе каждой дрены,

0 что обеспечивает не только прогрев пространства под пленкой, но и способствует интенсификации вентиляции и аэрации фильтрующего основания, что ускоряет и улучшает очистку воды, В тех случаях, когда

5 температура окружающего воздуха является довольно низкой (ниже -10°С) и требуется значительное количество тепла для обогре- вэ пространства под пленкой, целесообразно увеличить воздушный зазор 9 между

0 слоями пленки с помощью стержня 18, на который опирается пленка,и пневмоподу- шек 19, и подать посредством перфорированной трубы 10 нагретый воздух в межпленочное пространство каждой ступе5 ни. При подаче теплого воздуха по воздухопроводу 14 происходит активный прогрев пространства под покрытием 8, интенсивнее осуществляется аэрация фильтрующего основания 4, что способствует более качест0 венной очистке сточной воды. В этом случае можно не осуществлять прогрев пространства между слоями покрытия.

Устройство для очистки воды значительно эффективней в работе по сравнению с

5 устройством аналогичного назначения. Его применение не ограничено временем года и устройство одинаково хорошо работает в условиях как положительных ,так и отрицательных температур. При этом производительность устройства увеличивается в 2,5-3

раза. Устройство также имеет более высокую степень очистки сточных вод, так как здесь в одном устройстве сосредоточены различные виды очистки: биологическая, механическая и аэрирование. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что степень очистки воды предложенным устройством от минерального азота увеличивается в 2,5-3 раза, от магния и фосфора в 3-4 раза, от натрия и калия в 8-Ю раз. Устройство не исключает дополнительных узлов по очистке сбросных вод и само может служить дополнением к действующим очистным сооружениям. Формула изобретения 1, Устройство для очистки сточных вод, содержащее канал с наклонной ступенчатой поверхностью и приспособление для аэрации воды, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности м степени очистки сточных вод путем использования устройства в условиях отрицатель- ных температур, а также путем интенсификации процесса очистки за счет применения биологической очистки и активации процесса аэрации, каждая ступень канала выполнена в виде обвалованного

фильтрующего основания и снабжена отопительным элементом и закрепленным на стенках валиков покрытием из полиэтилена, а приспособление для аэрации выполнено в

виде водоприемных дрен, расположенных под фильтрующим основанием каждой ступени, при этом концы дрен предыдущей ступени выведены в последующую ступень и сообщены с атмосферой.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что приспособление для аэрации снабжено воздухопроводом, соединенным верхними концами дрен.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что каждая ступень канала снабжена

установленным в ее средней части с возможностью вертикального перемещения стержнем для опоры на него покрытия.

4.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что покрытие выполнено из двух

слоев полиэтилена, размещенных друг над .другом с зазором и возможностью изменения величины этого зазора.

5. Устройство по п.З, отличающее- с я тем, что оно снабжено пневмоподушка- ми для закрепления стержней.

Изобретение относится к очистке воды и предназначено для использования в сооружениях биологической очистки воды от загрязняющих веществ, например, на каналах и водотоках. Целью изобретения является повышение производительности и степени очистки сточных вод путем использования устройства в условиях отрицатель- ных температур, а также путем интенсификации процесса очистки за счет применения биологической очистки и активизации процесса аэрации. Устройство для очистки сточных вод включает канал с наклонной ступенчатой поверхностью и приспособление для аэрации воды, причем каждая ступень канала выполнена в виде обвалованного фильтрующего основания. содержит отопительный элемент и снабжена полиэтиленовым покрытием,закрепленным на стенках валиков, а приспособление для аэрации выполнено в виде водоприемных дрен, расположенных под фильтрующим основанием каждой ступени, причем концы дрен выполнены сообщающимися с атмосферой так, что нижние концы дрен предыдущей ступени выведены в последующую ступень. При этом полиэтиленовое покрытие в средней части каждой ступени опирается на закрепленный с возможностью вертикального перемещения стержень. Покрытие может быть выполнено двухслойным, с возможностью изменения воздушного зазора между слоями. Стержень, на который опирается полиэтиленовое покрытие, может опираться на пневмоподушки. Приспособление для аэрации может быть выполнено в виде водопри- емных дрен, расположенных под фильтрующим основанием каждой ступени, причем нижние концы дрен предыдущей ступени выведены в последующую ступень, а верхние концы дрен соединены посредством трубы с воздухопроводом. Новым в устройстве для очистки сточных вод является выполнение ступеней канала в виде обвалованного фильтрующего основания, снабженного отопительным элементом и полиэтиленовым покрытием. Новым в устройстве также является выполнение приспособления для аэрации. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. С/1 с XI СП СЛ сл

fcTZZZZZZZZ.

L

777/у7 / //////Т/7/ ///// /

J2J2UZf7.tJJ.UTS2ttijLLLLi I. /УМ

13

iwmt.ini ni.tt nt

тЬ&гткшл

rjnfl fnilj rnrj l Ц/.

l /У У/ / / / / / r TV in

t F T ,1

ii it 111 it mrrrf T

73

Фт.г

Фиг.Ч

/V