установка для механической очистки сточных вод

Формула изобретения

1. Установка для механической очистки сточных вод, включающая закрытый корпус, бункер подачи сточных вод, фильтрующее полотно, имеющее профиль с переменным радиусом кривизны, расположенное на опорной раме, системы подвода, распределения и отвода сточных вод, шнек для выгрузки задержанных примесей или уплотненного осадка, систему вытяжной вентиляции, отличающаяся тем, что верхний край опорной рамы фильтрующего полотна конструктивно крепится к сборной выдвижной стойке, причем угол наклона верхней части профиля фильтрующего полотна по отношению к вертикали может изменяться от 30 до 45°.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность фильтрующего полотна имеет шероховатость Ra не более 0,040 мкм и коэффициент отражения К_отр не менее 0,50.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что закрытый корпус выполнен с возможностью отвода воздуха непосредственно в системах подачи и отвода сточных вод и осадка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для механической очистки сточных вод и может быть использовано на городских станциях аэрации вместо песколовок и первичных отстойников с целью выделения из бытовых сточных вод грубодисперсных примесей диаметром более 2 мм, а также первичного обезвоживания осадков первичных отстойников и отделения активного ила из биохимически окисленных бытовых сточных вод.

Известна установка [1], содержащая опорную раму, кожух слива, входной патрубок, полку отвода взвесей, фильтрующую поверхность из металлической сетки, шнек для выгрузки взвесей, приводной механизм.

Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности комплексного решения ряда технологических задач и обеспечения высоких экологических показателей установки.

Известен самоочищающийся фильтр [2], содержащий корпус, фильтрующий перфорированный элемент, патрубки ввода фильтруемой суспензии и вывода фильтрата, устройство для слива осадка, направляющее устройства для очистки фильтрующего элемента из прямоугольных пластин, направляющие лопатки и привод вращения полого вала с фильтрующим элементом.

Недостатком данных технических решений является отсутствие возможности регулирования степени отделения взвешенных примесей в зависимости от вида фильтруемой суспензии и сложность конструкции фильтра.

Известно фильтрующее устройство с проницаемой гофрированной сеткой [3], содержащее корпус с подающим и отводящим патрубками и проницаемой сеткой с гофрированной поверхностью, задерживающей взвешенные примеси и пропускающей очищаемую жидкость. Гофрированная поверхность образована рядом фильтрующих полос, последовательно соединенных между собой верхними и нижними краями под острым углом. Удаление задержанных примесей с проницаемой гофрированной сетки осуществляется при помощи конвейерного механизма со скребком, край которого сопряжен с гофрированной поверхностью сетки.

Недостатком данных технических решений является конструктивная сложность и ненадежность узла очистки фильтрующей поверхности.

Известен способ предварительной очистки сточных вод от грубодисперсных примесей и устройство для его осуществления [4], содержащее станину, фильтрующее полотно, закрепленное на горизонтально расположенном барабане с полками, приспособление для выгрузки и сбора твердой фазы, поддон для фильтрата. Фильтрующее полотно погружено в фильтрат и подвергается низкочастотным колебаниям.

Недостатком данных технических решений является невозможность осуществления механической очистки сточных вод и обезвоживания осадков и избыточного активного ила в одной установке, высокая вероятность засорения прозоров фильтрующей сетки крупными включениями и низкие экологические показатели установки в целом.

Данное техническое решение является прототипом для предлагаемого изобретения как наиболее близкое по своей технической сущности и достигаемому эффекту.

Целью настоящего изобретения является создание конструкции, обеспечивающей возможность осуществления процесса механической очистки сточных вод от грубодисперсных примесей или предварительного обезвоживания осадка первичных отстойников и активного ила в одной установке и обеспечивающей регулирование степени очистки сточных вод в зависимости от вида загрязняющих примесей, непрерывное самоочищение фильтрующей поверхности, экологическую безопасность установки.

Указанные цели достигаются тем, что в установке для механической очистки сточных вод, включающей закрытый корпус, бункер подачи сточных вод, фильтрующее полотно, имеющее профиль с переменным радиусом кривизны, расположенное на опорной раме, систему подвода, распределения и отвода сточных вод, шнек для выгрузки задержанных примесей или уплотненного осадка и систему вытяжной вентиляции, верхний край опорной рамы фильтрующего полотна конструктивно крепится к сборной выдвижной стойке, причем угол наклона верхней части профиля фильтрующего полотна по отношению к вертикали может изменяться от 30 до 45°. В частности поверхность фильтрующего полотна может иметь шероховатость R_a не более 0,040 мкм и коэффициент отражения К _отр не менее 0,50, а отвод воздуха из закрытого корпуса осуществляется непосредственно в системах подачи, распределения и отвода сточных вод и осадка (патрубках).

На фигурах 1, 2, 3, 4 изображены, соответственно, аксонометрическая схема, проекции установки и предельные углы наклона верхней части профиля фильтрующего полотна по отношению к вертикали. Установка для механической очистки сточных вод содержит бункер подачи сточных вод на очистку или сырого осадка первичных отстойников, или избыточного активного ила на обезвоживание (1), обеспечивающий равномерное распределение по ширине фильтрующего полотна (2); фильтрующее полотно (2), установленное в корпусе при помощи крепежных пластин и болтов, рабочую камеру установки, ограниченную боковой стенкой (3); пластиной (6), верхним (7) и нижним (8) экранами, бак для кека (4), сборную стойку (5), сборный бункер (9), подающий (10) и отводящий патрубки (11).

Установка для механической очистки сточных вод и обработки осадков работает следующим образом.

Сточные воды или осадок из отстойников через подающий патрубок (10) поступают в бункер подачи (1), откуда равномерно распределяется по ширине фильтрующей поверхности и самотеком переливаются на фильтрующее полотно (2). Величина прозоров фильтрующего полотна, образованного стержнями трапецеидального сечения из нержавеющей стали 0,8Х18Н10, составляет не более 2 мм, строительная длина фильтрующего полотна - 500-1600 мм, угол наклона верхней части профиля фильтрующего полотна по отношению к вертикали изменяется от 30 до 45° в зависимости от вида обрабатываемой суспензии (фиг.3). Фильтрат, проходя через фильтрующее полотно (2), поступает в отводящий патрубок (11), а задержанные сеткой включения смываются вновь поступающим потоком, что создает эффект самоочищения фильтрующей сетки, и поступают в бак для кека (4).

Фильтрующее полотно собирается из горизонтальных стержней, сечение которых имеет трапецеидальную форму. Данные стержни закрепляют по ширине полотна путем навивки на вертикальные прутки диаметром 8 мм. Причем навивку горизонтальных трапецеидальных стержней осуществляют таким образом, что между горизонтальными стержнями формируются зазоры величиной порядка 2 мм. Количество вертикальных прутков зависит от ширины фильтрующего полотна - шаг между ними составляет порядка 100 мм.

В зависимости от вида фильтруемой суспензии формируют необходимый профиль фильтрующего полотна, используя опорные шпильки, закрепляемые в боковых стенках корпуса установки при помощи гаек. Точки крепления опорных шпилек в боковых стенках корпуса установки, определяющие профиль фильтрующего полотна, задаются с помощью специальных лекал в зависимости от вида фильтруемой суспензии. Фильтрующее полотно, сформированное методом плетения, является гибким и свободно ложится на опорные шпильки, принимая заданную форму, и сохраняя ее, в том числе, и под действием тяжести фильтруемой суспензии.

Переменный радиус кривизны профиля фильтрующего полотна, формируемый по специальным лекалам, заключается в наличии у фильтрующего профиля двух точек перегиба и, соответственно, наличии трех фильтрующих участков, лежащих в различных плоскостях. Длины верхнего, среднего и нижнего участков соотносятся как 0,5:1:0,5, соответственно. Суммарная длина всех участков фильтрующего полотна и его ширина зависит от производительности установки. Для каждого типоразмера фильтрующих полотен (производительность от 3 до 200 м³/ч по фильтруемой суспензии) в зависимости от угла наклона верхней части профиля фильтрующего полотна существуют фиксированные значения высоты подъема Н верхней части фильтрующего полотна над горизонтальной поверхностью и длины проекции В профиля фильтрующего полотна на горизонтальную плоскость (фиг.3), определяющие сопряжения соседних фильтрующих участков.

Основная гидравлическая нагрузка приходится на верхний участок фильтрующей поверхности. Однако наименьший (по сравнению с остальными участками) угол наклона и специальная анодная обработка фильтрующей поверхности способствует сохранению пропускной способности при заданной скорости фильтрования при первичном обезвоживании. Основное обезвоживание фильтруемой суспензии происходит на среднем участке, имеющем по сравнению с верхним участком больший угол наклона к вертикали. На данном участке скорость перемещения обезвоживаемых фракций фильтруемой суспензии гораздо ниже по сравнению с верхним участком, что способствует максимально эффективному отделению жидкости при сохранении эффекта самоочищения фильтрующей поверхности. Благодаря практически горизонтальной поверхности нижнего участка фильтрующего полотна происходит снижение скорости движения обезвоживаемых фракций, что способствует увеличению высоты их слоя, и соответственно, их самоуплотнению, удалению влаги и смещению в осадкоприемный бункер.

Использование больших углов наклона верхней части профиля фильтрующего полотна при обезвоживании осадков первичных отстойников и активного ила объясняется их структурой, требующей более благоприятных по сравнению с процессом отделения грубодисперсных примесей из сточных вод условий для удаления влаги, выражающихся в снижении скорости перемещения обезвоживаемых фракций при одновременном увеличении высоты их слоя, способствующего самоуплотнению и дополнительному отделению влаги.

Самоочищению фильтрующей поверхности способствует оригинальный профиль фильтрующего полотна, обеспечивающий по сравнению с плоскими и дугообразными фильтрующими полотнами более продолжительное сохранение исходной пропускной способности во времени. Например, при эксплуатации установки в течение 8 часов (расход обрабатываемой суспензии - 23 м³/ч на 1 м ² поверхности сетки) использование фильтрующего полотна заявленного профиля приводит к увеличению пропускной способности более чем на 15% по сравнению с фильтрующим полотном дугообразного профиля (табл.1).

Возможность обезвоживания осадков первичных отстойников и активного ила и очистки сточных вод от грубодисперсных примесей с регулированием степени очистки в одной установке достигается использованием сборной выдвижной стойки, к которой крепится верхний край опорной рамы фильтрующего полотна, что позволяет изменять угол наклона профиля фильтрующего полотна по отношению к вертикали. Показатели работы установки при различных углах наклона фильтрующего полотна при обработке различных видов суспензий приведены в табл.2.

Дополнительные данные, иллюстрирующие эффективность работы установки в зависимости от вида обрабатываемых осадков приведена в табл.3. Анализ данных табл.2 и 3 показывает, что обработку исходных хозяйственно-бытовых сточных вод предпочтительнее проводить при минимальных углах наклона фильтрующего полотна, а обезвоживание осадков первичных отстойников и избыточного активного ила - при максимальных.

Использование больших углов наклона фильтрующего полотна (более 30°) возможно благодаря использованию специальных методов его обработки, способствующих созданию максимально гладкой поверхности. Анодная обработка поверхности фильтровального полотна (метод электрохимического полирования) способствует улучшению технологических показателей, так как минимизирует возможность забивания ячеек сетки крупными включениями (табл.4). Электрохимическое полирование осуществляется в смеси ортофосфорной и серной кислот концентрациями, соответственно, 950-980 г/л и 150-160 г/л. Процесс обработки осуществляется при температуре 60-65°С в течение 2-3 минут при плотности тока до 12 А/дм² до достижения зеркальной поверхности (коэффициент отражения К_отр - не менее 0,50). Контроль шероховатости полученной поверхности осуществляется с использованием микроинтерферометра МИИ-9, позволяющего оценить величину среднего арифметического отклонения профиля R_a. Данный метод обработки позволяет обеспечивать показатель R_a менее 0,040 мкм. Контроль показателей R_a и К_отр осуществляется в соответствии с ГОСТ 2789-73. «Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики, обозначения».

Закрытый корпус рабочей камеры и организация системы приточно-вытяжной вентиляции с отводом воздуха в верхнем и нижнем секторах рабочей камеры обеспечивают экологическую безопасность установки и позволяют минимизировать объем рабочего помещения, в котором размещена установка, определяемого в соответствии с требуемой кратностью обмена воздуха.

Оборудование установки шнеком для выгрузки и транспортировки осадка позволяет осуществлять обезвоживание кека до влажности 80-85% в зависимости от его исходной влажности.

Источники информации

1. Пат. РФ 2142416, кл. 6 С 02 F 1/00, В 01 D 29/64.

2. А.С. №1327923, МКИ 4 В 01 D 33/02.

3. Пат. US 4389315, МКИ 4 В 01 D 33/22.

4. SU 1579531 А1, В 01 D 37/00, 33/06, опубл. 23.07.90.

Таблица 1 Сравнительная характеристика пропускной способности фильтровальных полотен различного профиля.
Профиль сетки	Угол наклона сетки к вертикали, °	Фильтруемая суспензия	Время работы, час	Снижение пропускной способности, %
плоский	35	исходные хоз.-бытовые сточные воды	2	21
			6	29
			8	45
дугообразный	35	исходные хоз.-бытовые сточные воды	2	16
			6	27
			8	38
заявленный	35	исходные хоз.-бытовые сточные воды	2	9
			6	22
			8	31

Таблица 2 Время работы, ч, до снижения пропускной способности фильтрующего полотна установки на 10%.
Вид фильтруемой суспензии	Исходные хоз.-быт. сточные воды						Осадок первичных отстойников			Избыточный активный ил
	массовая доля взвешенных частиц диаметром 1-2 мм более 60%			массовая доля взвешенных частиц диаметром 1-2 мм менее 60%
Угол наклона фильтрующего полотна, °	30	35	40	30	35	40	35	40	45	35	40	45
Время работы, ч	4,1	3,7	2,5	4,3	4,1	3,6	2,5	2,4	2,4	3,1	2,9	2,8

Таблица 3 Эффективность работы установки при обезвоживании сырого осадка первичных отстойников и активного ила
Угол наклона сетки, град	Концентрация взвешенных частиц					Эффективность задержания, %		Влажность кека, %
	На входе			Фильтрата		взвешенных частиц сырого осадка	Сухого вещества активного ила
	При обезвоживании
	Сырого осадка	Активного ила	Сырого осадка		Активного ила
30	12,6	4,7-4,9	9,5-9,8		4,45-4,75	25-22	3,2-3.,1	91,6-92,8
35	12,6	4,9-5,4	9,6-9,8		4,74-5,22	24-22	3,3-3.,0	90,2-91,3
45	12,6	4,6-5,1	9,7-9,8		4,46-4,95	23-22	2,9-2.,7	88,7-90,1

Таблица 4 Снижение пропускной способности, %, фильтровальных полотен заявленного профиля, подвергнутых анодной обработке (полировке) и без нее
Тип сетки	Время фильтрования, час
	2	6	8	12	16
стальная	14	27	38	45	54
полированная	9	22	31	36	42