Устройство для очистки сточных вод

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД(73) Патентообладатели Кравцов Марат Васильевич,Кравцов Александр Маратович.(57) Устройство для очистки сточных вод, включающее корпус с последовательно расположенными прямоточной и противоточной камерами струйной и напорной флотаций, наклонный пеносборный экран и устройство для сбора и удаления нефтешлама, камеру с фильтрующей коалесцирующей загрузкой, камеру с фильтрующей зернистой загрузкой, узлы подвода исходной жидкости, промывной и рециркуляционной воды,дренажно-распределительные трубы, торцы которых снабжены пробками, отличающееся тем, что в противоточной камере флотации на входе установлен распределитель потока, а на выходе - пневматические аэраторы, устройство для сбора и удаления нефтешлама выполнено в виде кармана, сообщающегося с емкостью обезвоживания нефтешлама, кроме того, коллектор дренажно-распределительных труб соединен с трубойсифоном, а камера с фильтрующей зернистой загрузкой снабжена устройством для загрузки-выгрузки и регенерации зернистой загрузки. Фиг. 1 Полезная модель относится к области очистки сточных вод, в частности к конструкциям комбинированного малогабаритного устройства глубокой финишной очистки сточных вод от нефтепродуктов, масел и взвешенных минеральных веществ с использованием процессов отстаивания, флотации, фильтрования,псевдоожижения для объектов с относительно малым объемом стоков, например для очистки дождевых и 67 производственных сточных вод АТП и АРП, нефтебаз и АЗС, ТЭЦ, вагонных и локомотивных депо, котельных, гаражей и дворов техники, машиностроительных и приборостроительных предприятий и т.д. Известна конструкция устройства для очистки сточных вод, принятого в качестве аналога, которое содержит размещенные друг над другом в одном корпусе камеры флотаций, коалесцирующую загрузку и скорый фильтр,узлы подачи исходной воды и водовоздушной смеси, узел сбора всплывших нефтепродуктов, распределительную систему для отвода фильтрата и подачи промывной воды, расположенную в нижней части скорого фильтра. Недостатками известной конструкции устройства 1 являются недостаточно эффективная работа камеры напорной флотации и сильная обводненность собранных и отводимых за пределы установки нефтепродуктов. Известна конструкция устройства для очистки сточных вод 2, принятого в качестве прототипа и включающего корпус с последовательно расположенными прямоточной и противоточной камерами флотаций,снабженными вертикальными перегородками-электродами, поплавковые лотки с наклонным пеносборным экраном, камеру фильтрации с коалесцирующей загрузкой, камеру фильтрации с зернистой загрузкой скорого фильтра, узлы подвода исходной жидкости, промывной и рециркуляционной воды, дренажнораспределительные трубы, торцы которых снабжены пробками. Недостатками известной конструкции устройства 2 является то, что отвод флотошлама из камер флотаций производится с сильной обводненностью ограничивается количество воздуха, подаваемого в камеру напорной флотации часть мелких пузырьков из камеры напорной флотации потоком воды сносится в нижележащую зернистую загрузку фильтра часть растворенного воздуха, подаваемого в камеру напорной флотации вместе с рециркуляционной водой, при сбросе давления не успевает выделиться в виде пузырьков и частично этот процесс протекает уже в зернистой фильтрующей загрузке чрезмерная струйность потока в камере напорной флотации снижает эффективность очистки не решен надлежащим образом вопрос загрузки и выгрузки зернистой загрузки в установку недостаточно эффективно используется насосное оборудование не решен вопрос поддержания постоянного уровня воды в установке при прекращении ее работы не контролируются подачи водовоздушной смеси, воздуха и воды в установку. Решаемая задача - повышение эффективности очистки сточных вод и механизация приемов эксплуатации. Решаемая задача достигается тем, что в устройстве для очистки сточных вод, включающем корпус с последовательно расположенными прямоточной и противоточной камерами флотаций, наклонный пеносборный экран и устройство для сбора и удаления нефтешлама, камеру с фильтрующей коалесцирующей загрузкой, камеру с зернистой загрузкой скорого фильтра, узлы подвода исходной жидкости, промывной и рециркуляционной воды, дренажно-распределительные трубы, торцы которых снабжены пробками, в противоточной камере на входе установлен распределитель потока, а на выходе - пневматические аэраторы, устройство для сбора и удаления нефтешлама выполнено в виде кармана, сообщающегося с емкостью обезвоживания нефтешлама, кроме того,коллектор дренажно-распределительных труб соединен с трубой-сифоном, а камера скорого фильтра снабжена устройством для загрузки-выгрузки и регенерации зернистой загрузки. Всплывшие в камерах флотаций нефтепродукты попадают под нижнюю поверхность наклонного экрана и далее, двигаясь под уклон, попадают в карман, образованный сливной стенкой экрана и боковой стенкой корпуса установки. В нем производится первичный сбор, отстой и обезвоживание нефтешлама. Далее нефтешлам концентрируется в надэкранном пространстве и перетекает в боковую емкость, где производится его вторичный сбор, отстой и обезвоживание. Поток сточной воды на входе в камеру напорной флотации имеет большую сбойность и турбулентность,препятствующие закреплению загрязнений на поверхности пузырьков и их выносу на поверхность. Поэтому для повышения эффективности очистки воды на входе в камеру напорной флотации устраивается решетчатый распределитель потока из материала с коалесцирующими свойствами. В новой конструкции устройства подача водовоздушной смеси в камеру напорной флотации происходит при автоматическом регулировании режима истечения жидкости из отверстий, образуемых между нижней неподвижной и верхней подвижной подпружиненной круглыми пластинами. Скорость истечения воды должна быть постоянной и равной 15-25 м/с. Это обеспечивается поддержанием постоянного давления внутри устройства, которое контролируется с помощью манометра. При изменении условий истечения (например, при засорении отверстий) давление внутри устройства и скорость истечения должны были бы измениться. С изменением же давления внутри устройства изменится и воздействие на верхнюю пластину,пружина сдеформируется, размеры отверстий изменятся и режим истечения восстановится. Часть мелких пузырьков воздуха, которые образуются при реализации режима напорной флотации и могли бы обеспечить чрезвычайно высокую эффективность очистки, сносится противотоком воды в зернистую загрузку фильтра. Кроме того, при реализации процесса напорной флотации количество подаваемого в камеру воздуха ограничивается его растворимостью. Дополнительная подача воздуха в виде сравнительно крупных пузырьков с помощью пневматических аэраторов создает смесь мелких и крупных пузырьков с повышенной степенью всплываемости и в значительной степени повышает эффективность очистки. При интенсивном смешении потоков воздуха и водовоздушной смеси интенсифицирется процесс выделения растворенного воздуха. 2 67 Применение гидроэлеватора позволяет механизировать загрузку и выгрузку зернистой загрузки фильтра в установке. По сравнению с прототипом 2, где промывку зернистой загрузки фильтра предусматривается производить восходящим потоком воды, с помощью гидроэлеватора можно производить дополнительную более энергичную и эффективную промывку загрузки, в том числе и с использованием моющих растворов. По сравнению с прототипом 2, где предусмотрено использовать низконапорный насос подачи воды для промывки зернистой загрузки фильтра и высоконапорный насос подачи рециркуляционный воды в камеру напорной флотации, устройстве предусматривается один высоконапорный насос, а для увеличения подачи промывной воды на напорной линии высоконапорного центробежного насоса устанавливается гидроструйный насос. Трудности с расчетами, изготовлением и эксплуатацией эжекторов, гидроструйного насоса и гидроэлеватора при применении устройства снимаются применением новых конструкций простых в изготовлении и эффективных в эксплуатации струйных устройств с переменной геометрией их основных частей. Для повышения эффективности работы установки используются новые конструкции устройств для измерения расходов воздуха, промывной и рециркуляционной воды и оперативного контроля за их подачей в установку. Усовершенствована также система отвода фильтрата. Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено устройство очистки сточных вод, продольный разрез на фиг. 2 - расчетная схема системы по удалению, отстою и обезвоживанию нефтешлама на фиг. 3 - продольный разрез, а на фиг. 4 план расположения выпусков водовоздушной смеси и сжатого воздуха на фиг. 5 - продольный разрез гидроэлеваторной установки. Устройство для очистки сточных вод содержит корпус 1 с последовательно расположенными камерами 2 и 3 прямоточной струйной и противоточной напорной флотации, камерами 4 и 5 с фильтрующими коалесцирующей и зернистой загрузками, дренажно-распределительными трубами 6. В верхней части корпуса расположены наклонный пеносборный экран 7 и устройство для сбора и удаления нефтешлама, включающее карман 8, отводящую нефтешлам трубу 9 и емкость 10 для обезвоживания нефтешлама с трубами 11 и 12 для отвода отстоенной воды и нефти. На входе в противоточную камеру 3 флотации расположен распределитель 13 потока, а на выходе - выпуски 14 и 15 водовоздушной смеси и сжатого воздуха. Коалесцирующая загрузка в камере 4 удерживается сетками 16 и 17. Над зернистой загрузкой в камере 5 расположены перфорированные трубы 18 поверхностной промывки. Узел подвода исходной сточной жидкости к камере 2 прямоточной флотации включает приемный резервуар 19, центробежный насос 20 с всасывающей и напорной линиями 21 и 22, эжектор 23 и расходомер 24 воздуха. Узел отвода фильтрата из коллектора дренажных труб 25 в резервуар 26 очищенной воды содержит -образную трубу-сифон 27 с трубкой 28, присоединенной к ее верхней точке и служащей для срыва вакуума. Узел для приготовления и подачи водовоздушной смеси в камеру 3 противоточной флотации содержит центробежный насос 29 с всасывающей и напорными линиями 30, 31 и 32, подающий рециркуляционную воду из резервуара 26 очищенной воды, сатуратор 33, эжектор 34,расходомеры 35 и 36 воздуха и воды. Узел подачи сжатого воздуха из сатуратора 33 или извне через пневматические аэраторы 15 содержит напорные трубопровод 37 и патрубок 38. Узел подачи воды для объемной и поверхностной промывок, осуществляемых центробежным насосом 29, содержит всасывающий трубопровод 39, гидроструйный насос 40, расходомер 41 воды, напорные трубопроводы 42 и 43. Для удаления осадка из емкости 10 предусмотрена труба 44. Для загрузки-выгрузки и регенерации зернистой загрузки к камере скорого фильтра подсоединено гидроэлеваторное устройство 45, которое содержит гидроэлеватор 46, бак 47 и шаровые краны -Кр 6. Напорные трубопроводы установки снабжены задвижками. Устройство очистки сточных вод работает следующим образом. Сточные воды в установку подаются из приемного резервуара 19 с помощью центробежного насоса 20 по всасывающему и напорному трубопроводам 21 и 22 при насыщении потока воды воздухом с помощью эжектора 23 в камеру 2 прямоточной флотации, размещенной в корпусе 1 установки. Контроль за работой эжектора производится с помощью расходомера 24 воздуха. Пузырьки воздуха, с закрепленными на их поверхности нефтепродуктами, всплывают и попадают на нижнюю поверхность наклонного пеносборного экрана 7 со сливной стенкой и двигаются далее по направлению кармана 8, образованного стенкой 1 корпуса и сливной стенкой наклонного пеносборного экрана 7. Накапливаясь в кармане 8, нефтешлам частично обезвоживается и переливается через гребень стенки, попадая в пространство над наклонным пеносборным экраном 7. Далее нефтешлам по трубе 9 попадает в емкость 10, где дополнительно обезвоживается. Причем частицы нефти всплывают на поверхность и отводятся за пределы установки по трубе 12, а отстоенная вода - по трубе 11. Осевшие в емкости 10 минеральные вещества удаляются из установки по трубе 44. Частично очищенная вода в прямоточной камере 2 струйной флотации проходит через коалесцирующие распределители 13 потока и поступает в противоточную камеру 3 напорной флотации, куда с помощью выпуска 14 и пневматических аэраторов 15 (фиг. 3-4) поступают водовоздушная смесь и избыточный воздух из сатуратора 33 по трубопроводам 32 и 37 с регулированием подач с помощью вентилей. В пневматические аэраторы 15 воздух может подаваться и от других источников через патрубок 38 с вентилем. В сатуратор 33 вода подается из резервуара 26 очищенной воды с помощью центробежного насоса 29 по трубопроводам 30 и 31 с насыщением воздухом с помощью эжектора 34, работа которого контролируется расходомером 35 воздуха. Подача воды 3 67 в сатуратор контролируется расходомером 36 воды. В противоточную камеру 3 напорной флотации водовоздушная смесь из сатуратора 33 поступает по трубопроводу 32 через выпуск 14, работа которого контролируется по показаниям манометра. При истечении водовоздушной смеси из выпуска 14 при снятии давления образуются мелкие пузырьки, которые с прикрепленными к ним нефтепродуктами из противоточной камеры 3 напорной флотации поступают на нижнюю поверхность наклонного пеносборного экрана 7, соединяются с потоком нефтепродуктов из прямоточной камеры 2 струйной флотации и вместе с ними отводятся в сборник 10 нефтепродуктов. Из противоточной камеры 3 напорной флотации частично очищенная сточная вода проходит через фильтрующие слои коалесцирующей и зернистой загрузки в камерах 4 и 5. Фильтрат из зернистой загрузки в камере 5 поступает через перфорированные дренажные трубы в коллектор 25 и далее по -образной трубе 27 отводится в резервуар 26 очищенной воды. В рабочем режиме трубопровод 27 работает как сифон. Поэтому для того чтобы при прекращении работы установки не происходило полное ее опорожнение к верхней точке трубы 27 присоединяется трубка 28, конец которой в рабочем режиме опускается под уровень воды в установке. При прекращении работы уровень воды в установке снижается до заданной отметки, конец трубки 28 оказывается выше уровня, верхняя точка трубы 27 оказывается связанной с атмосферой и работа сифона срывается, а уровень воды в установке остается постоянным. Изменение верхней отметки трубы 27 производится с помощью гибкой вставки. Промывка фильтрующих коалесцирующей и зернистой загрузок в камерах 4 и 5 производится при подаче воды из резервуара 26 очищенной воды по трубам 30 и 39 с помощью центробежного насоса 29 и гидроструйного насоса 40 с контролированием объемов подаваемой воды расходомером 41. При этом предусмотрено осуществлять поверхностную промывку с подачей воды в перфорированные трубы 18 и объемную промывку при подаче воды через перфорированные трубы 6 дренажа. Труба 27 для сброса фильтрата при этом отключается с помощью задвижки. При необходимости можно интенсифицировать промывку зернистой загрузки в камере 5 с использованием бака 47 и гидроэлеватора 46, основная функция которого загрузка и выгрузка зернистой загрузки (фиг. 5). В этом случае бак 47 заполняется частично моющим раствором, а с помощью гидроэлеватора 46 зернистая загрузка многократно прогоняется через него. Так как труба 27 и корпус 1 установки (фиг. 1, 2) работают по принципу сообщающихся сосудов, то,применив уравнение динамического равновесия, получим зависимость между высотой 1 слоя нефтешлама в кармане, суммарными потеряминапора в зернистых загрузках, дренаже, отводящей трубе 27 и разностью Н отметок гребня сливной стенки в кармане 8 и уровня воды в резервуаре 26 осветленной воды в виде 1(-)/(.), (1) где- плотность воды Н - плотность нефтепродуктов. Высота С сливной стенки в кармане 8 должна быть равна величине 1 при максимально допустимым при эксплуатации установки потерямнапора. Корпус 1 установки и сборник 10 нефтешлама также работают как сообщающиеся сосуды. Применив уравнение статического равновесия, получим соотношение между толщиной 2 слоя отслоившихся нефтепродуктов в сборнике нефтешлама и разностьюотметок выпусков труб 12 и 112 (-Н)/ .(2) Толщина 2 слоя нефтепродуктов может быть задана. Наклонный пеносборный экран 7 может быть изготовлен из винипластового листа с продольными брусками, образующими каналы для отвода пены. Распределитель 13 потока, изготовленный из материала с коалесцирующими свойствами и служащий для равномерного распределения потока по поперечному сечению на входе в камеру 3 напорной флотации может быть изготовлен из пластмассовых воронок. Коалесцирующая загрузка в камере 4 может быть приготовлена из рубленных пластмассовых отходов. Все элементы гидроэлеваторной установки, представленной на фиг. 5, монтируются из деталей заводского производства. Схема открытия и закрытия шаровых кранов при работе гидроэлеваторной установки представлена в таблице.кранов Загрузка зернистой загрузки из бака в установку Выгрузка зернистой загрузки из установки в бак Отмывка зернистой загрузки моющим раствором Таким образом, на основании анализа прототипа 2 выявлены следующие преимущества предлагаемого устройства применение новой системы отвода и отстоя нефтешлама позволяет снизить степень обводненности нефтепродуктов в 4-5 раз применение коалесцирующего распределителя потока и пневматических аэраторов в камере напорной флотации позволяет повысить эффективность очистки сточных вод и снизить концентрацию загрязнений по нефтепродуктам перед зернистым фильтром до 4-5 мг/л применение гидроэлеваторной установки позволяет полностью механизировать загрузку и выгрузку зернистого фильтрующего материала, а также интенсифицировать промывку фильтра применение новых конструкций контрольно-измерительных приборов 67 и гидроструйных элементов с изменяющейся геометрией частей позволит повысить эффективность и надежность работы устройства с выводом на оптимальные режимы эксплуатации. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.