станция очистки сточных вод

Формула изобретения

Станция очистки сточных вод, включающая решетку, аэрируемую песколовку, песковую площадку, первичный и вторичный отстойники, фильтр, резервуар-накопитель промывной воды, два повысительных насоса, вертикально-трубчатую систему, струйный аппарат, шнекообразную лопасть, источник технического кислорода, кран с поплавковым приводом, концентратомер растворенного кислорода в сточной воде, задающее устройство, сравнивающее устройство, следящий привод, вентиль, датчики давления, электрифицированные задвижки, датчики положения электрифицированных задвижек и блок управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит третий повысительный насос, мутномер, функциональный преобразователь, коммутатор, второй струйный аппарат, вторую шнекообразную лопасть, ультрафиолетовый излучатель, озонатор, вторую вертикально-трубчатую систему, концентратомер растворенного озона в сточной воде, второе задающее устройство, второе сравнивающее устройство, второй следящий привод, второй вентиль, причем входной патрубок озонатора соединен с источником технического кислорода, выходной патрубок озонатора соединен через второй вентиль со всасывающим патрубком второго струйного аппарата, всасывающий патрубок третьего повысительного насоса соединен с отводящим трубопроводом вторичного отстойника, вход фильтра соединен с напорным патрубком третьего повысительного насоса и с подводящим трубопроводом первичного отстойника, выход фильтра соединен с входным патрубком второго струйного аппарата, камера смешения второго струйного аппарата выполнена из кварцевого стекла, ультрафиолетовый излучатель состоит из отдельных ультрафиолетовых ламп, расположенных аксиально относительно кварцевой камеры смешения второго струйного аппарата, вторая шнекообразная лопасть размещена соосно в выходном патрубке второго струйного аппарата, выходной патрубок второго струйного аппарата соединен со второй вертикально-трубчатой системой, концентратомер растворенного озона в сточной воде установлен на выходе второй вертикально-трубчатой системы и соединен с блоком управления, суммирующий вход второго сравнивающего устройства соединен со вторым задающим устройством, выход второго сравнивающего устройства соединен с входом второго следящего привода, выход которого соединен с запорно-регулирующим органом второго вентиля, вычитающий вход второго сравнивающего устройства соединен с блоком управления, мутномер установлен на выходе фильтра, выход мутномера соединен с входом функционального преобразователя, блок управления соединен с выходом функционального преобразователя и со входом коммутатора, а выход коммутатора соединен с лампами ультрафиолетового излучателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к станциям очистки сточных вод и может быть использовано в основном процессе биологической очистки, например, городских сточных вод преимущественно при повторном их использовании после очистки или выпуске в открытый водоем непосредственно в черте населенных мест.

Известна станция очистки сточных вод с доочисткой на фильтровальных сооружениях, включающая решетку, песколовку, песковую площадку, первичный отстойник, аэротенк, вторичный отстойник, фильтр, резервуар-накопитель промывной воды, промывной насос, установку для хлорирования и контактный резервуар [Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении / А.М.Когановский, Н.А.Клименко, Т.Н.Левченко и др. - М.: Химия, 1983, с.238, рис.IX-1]. Недостатками известной станции очистки сточных вод с доочисткой на фильтровальных сооружениях являются низкая эффективность очистки сточных вод, особенно при изменяющихся во времени характеристиках входного потока жидкости, и недостаточная экологическая безопасность станции очистки, обусловленная применением хлора.

Известна станция очистки сточных вод, выбранная в качестве прототипа, включающая решетку, аэрируемую песколовку, песковую площадку, первичный и вторичный отстойники, два повысительных насоса, струйный аппарат, вертикально-трубчатую систему, источник технического кислорода, фильтр, резервуар-накопитель промывной воды, промывной насос, кран с поплавковым приводом, задающее устройство, сравнивающее устройство, следящий привод, вентиль, датчики давления, электрифицированные задвижки, датчики положения электрифицированных задвижек, бактерицидную установку и блок управления [Патент РФ №2220920, кл.7 С02F 9/14 // С02F 9/14, 2004]. Недостатком известной станции очистки сточных вод является сравнительно невысокая эффективность очистки сточных вод при изменяющихся во времени характеристиках входного потока жидкости, обусловленная значительными затратами электроэнергии питания бактерицидной установки.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы повысить эффективность очистки сточных вод при изменяющихся во времени характеристиках входного потока жидкости.

Предлагаемое техническое решение заключается в следующем: станция очистки сточных вод, включающая решетку, аэрируемую песколовку, песковую площадку, первичный и вторичный отстойники, фильтр, резервуар-накопитель промывной воды, два повысительных насоса, вертикально-трубчатую систему, струйный аппарат, шнекообразную лопасть, источник технического кислорода, кран с поплавковым приводом, концентратомер растворенного кислорода в сточной воде, задающее устройство, сравнивающее устройство, следящий привод, вентиль, датчики давления, электрифицированные задвижки, датчики положения электрифицированных задвижек и блок управления, дополнительно содержит третий повысительный насос, мутномер, функциональный преобразователь, коммутатор, второй струйный аппарат, вторую шнекообразную лопасть, ультрафиолетовый излучатель, озонатор, вторую вертикально-трубчатую систему, концентратомер растворенного озона в сточной воде, второе задающее устройство, второе сравнивающее устройство, второй следящий привод, второй вентиль, причем входной патрубок озонатора соединен с источником технического кислорода, выходной патрубок озонатора соединен через второй вентиль со всасывающим патрубком второго струйного аппарата, всасывающий патрубок третьего повысительного насоса соединен с отводящим трубопроводом вторичного отстойника, вход фильтра соединен с напорным патрубком третьего повысительного насоса и с подводящим трубопроводом первичного отстойника, выход фильтра соединен с входным патрубком второго струйного аппарата, камера смешения второго струйного аппарата выполнена из кварцевого стекла, ультрафиолетовый излучатель состоит из отдельных ультрафиолетовых ламп, расположенных аксиально относительно кварцевой камеры смешения второго струйного аппарата, вторая шнекообразная лопасть размещена соосно в выходном патрубке второго струйного аппарата, выходной патрубок второго струйного аппарата соединен со второй вертикально-трубчатой системой, концентратомер растворенного озона в сточной воде установлен на выходе второй вертикально-трубчатой системы и соединен с блоком управления, суммирующий вход второго сравнивающего устройства соединен со вторым задающим устройством, выход второго сравнивающего устройства соединен с входом второго следящего привода, выход которого соединен с запорно-регулирующим органом второго вентиля, вычитающий вход второго сравнивающего устройства соединен с блоком управления, мутномер установлен на выходе фильтра, выход мутномера соединен с входом функционального преобразователя, блок управления соединен с выходом функционального преобразователя и со входом коммутатора, а выход коммутатора соединен с лампами ультрафиолетового излучателя.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно содержит новые узлы со своими связями, позволяющими повысить эффективность очистки сточных вод при изменяющихся во времени характеристиках входного потока жидкости.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

При проведении дополнительного поиска известных решений не были выявлены признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемой станции очистки сточных вод. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «изобретательный уровень».

На чертеже схематически изображена станция очистки сточных вод.

Станция очистки сточных вод содержит решетку 1, аэрируемую песколовку 2, песковую площадку 3, первичный отстойник 4, первый повысительный насос 5, первую вертикально-трубчатую систему 6, вторичный отстойник 7, второй повысительный насос 8, первый струйный аппарат 9, первую шнекообразную лопасть 10, источник технического кислорода 11, первое задающее устройство 12, первое сравнивающее устройство 13, первый следящий привод 14, первый вентиль 15, концентратомер растворенного кислорода в сточной воде 16, третий повысительный насос 17, фильтр 18, второй струйный аппарат 19, вторую шнекообразную лопасть 20, вторую вертикально-трубчатую систему 21, ультрафиолетовый излучатель 22, озонатор 23, второе задающее устройство 24, второе сравнивающее устройство 25, второй следящий привод 26, второй вентиль 27, мутномер 28, функциональный преобразователь 29, коммутатор 30, концентратомер растворенного озона в сточной воде 31, резервуар-накопитель промывной воды 32, промывной насос 33, кран с поплавковым приводом 34, датчики давления 35-39, электрифицированные задвижки 40-47, 66, датчики положения электрифицированных задвижек 48-55, 67, иловую трубу 56, трубопроводы 57-65, 68 и блок управления 69.

Станция очистки сточных вод работает следующим образом.

Сточная вода проходит через решетку 1, освобождается от крупных включений и поступает на вход аэрируемой песколовки 2. Открывается электрифицированная задвижка 47 и при разрешающем сигнале от датчика положения электрифицированной задвижки 55 от источника технического кислорода 11 в воздухораспределитель аэрируемой песколовки 2 поступает технический кислород. При аэрации и трении песчинок друг о друга песок отмывается от органических загрязнений, в результате этого в аэрируемой песколовке 2 получается песок, практически свободный от органических примесей, который затем поступает на песковую площадку 3 для дальнейшего использования. Пройдя аэрируемую песколовку 2, сточная вода по подводящему трубопроводу 58 поступает в первичный отстойник 4, в котором благодаря малой скорости движения происходит осаждение взвешенных частиц.

Осветленная вода из первичного отстойника 4 по отводящему трубопроводу 59 поступает во входной патрубок первого повысительного насоса 5. Первый повысительный насос 5 запускается в работу и, когда он выйдет на нормальный режим работы, от датчика давления 35 на блок управления 69 поступает сигнал на открывание электрифицированной задвижки 40. Электрифицированная задвижка 40 открывается и при разрешающем сигнале от датчика положения электрифицированной задвижки 48 первый повысительный насос 5 подает осветленную воду вначале в первую вертикально-трубчатую систему 6, а затем по подводящему трубопроводу 60 во вторичный отстойник 7.

Запускается в работу второй повысительный насос 8 и, когда он выйдет на нормальный режим работы, от датчика давления 36 на блок управления 69 подается сигнал, по которому открываются электрифицированные задвижки 41 и 42. При разрешающих сигналах от датчиков положения электрифицированных задвижек 49 и 50 второй повысительный насос 8 из вторичного отстойника 7 по трубопроводу 61 забирает возвратный активный ил и подает его во входной патрубок первого струйного аппарата 9, во всасывающий патрубок которого от источника технического кислорода 11 поступает кислород.

В первом струйном аппарате 9 возвратный активный ил тщательно перемешивается с кислородом. Этому способствует первая шнекообразная лопасть 10, размещенная соосно в выходном патрубке первого струйного аппарата 9. Из выходного патрубка первого струйного аппарата 9 смесь из активного ила и кислорода по трубопроводу 62 поступает во всасывающий патрубок первого повысительного насоса 5. В первом повысительном насосе 5 она смешивается с осветленной сточной водой, поступающей из первичного отстойника 4, и при развитом турбулентном движении подается на вход первой вертикально-трубчатой системы 6. В первой вертикально-трубчатой системе 6 под действием весового гидростатического давления кислород растворяется в иловой смеси. Благодаря значительному запасу растворенного кислорода в иловой смеси и ее интенсивному перемешиванию с очищаемой сточной водой в первой вертикально-трубчатой системе 6 интенсивно протекает процесс биологического окисления органических веществ. Из первой вертикально-трубчатой системы 6 образовавшаяся смесь по подводящему трубопроводу 60 поступает во вторичный отстойник 7, в котором одновременно и интенсивно протекают два процесса: осветление очищенной сточной воды и доокисление органических веществ.

На трубопроводе 60 установлен концентратомер растворенного кислорода в сточной воде 16, который фиксирует концентрацию остаточного растворенного кислорода в сточной воде в трубопроводе 60 и в виде электрического сигнала передает ее через блок управления 69 на вычитающий вход первого сравнивающего устройства 13, суммирующий вход которого соединен с первым задающим устройством 12. На первом задающем устройстве 12 устанавливается определенная величина концентрации остаточного растворенного кислорода в сточной воде. Первый следящий привод 14, со входом которого соединен выход первого сравнивающего устройства 13, будет воздействовать на запорно-регулирующий орган первого вентиля 15 до тех пор, пока не наступит равенство величин: концентрации остаточного растворенного кислорода в сточной воде в трубопроводе 60 и установленном ее значении на первом задающем устройстве 12. Таким образом, автоматически поддерживается расход кислорода, необходимый для эффективного окисления органических примесей в сточной воде.

Из вторичного отстойника 7 по отводящему трубопроводу 63 осветленная сточная вода поступает на вход третьего повысительного насоса 17. Третий повысительный насос 17 запускается в работу и, когда он выйдет на нормальный режим работы, от датчика давления 37 на блок управления 69 подается сигнал, по которому открываются электрифицированные задвижки 43, 45 и 66. При разрешающих сигналах от датчиков положения электрифицированных задвижек 51, 53 и 67 третий повысительный насос 17 по трубопроводу 64 подает осветленную сточную воду на вход фильтра 18, где она фильтруется и по трубопроводу 65 поступает во входной патрубок второго струйного аппарата 19 с кварцевой камерой смешения. Включаются в действие лампы ультрафиолетового излучателя 22. От озонатора 23 во всасывающий патрубок второго струйного аппарата 19 поступает озоно-кислородная смесь и в кварцевой камере смешения тщательно перемешивается с обрабатываемой сточной водой. Под действием второй шнекообразной лопасти 20 смешанный поток в кварцевой камере смешения получает вращательное движение, которое приводит к появлению центробежной силы. Под действием центробежной силы смешанный поток плотно прижимается к внутренней поверхности кварцевой камеры смешения, очищает ее поверхность от загрязнений и тем самым создает благоприятные условия для беспрепятственного проникновения лучей от ламп ультрафиолетового излучателя 22 в кварцевую камеру смешения. Одновременно с этим мутномер 28 фиксирует мутность профильтрованной сточной воды и в виде электрического сигнала передает ее на функциональный преобразователь 29. Функциональный преобразователь 29 отрабатывает полученный сигнал и через блок управления 69 на коммутатор 30 подает команду на включение определенного количества ламп ультрафиолетового излучателя 22, соответствующего мутности профильтрованной сточной воды. Регулирование мощности ультрафиолетового излучателя 22 в зависимости от мутности профильтрованной сточной воды позволяет обрабатывать ее в оптимальных условиях воздействия ультрафиолетовых лучей на бактериальные загрязнения профильтрованной сточной воды. При совместном озонировании и ультрафиолетовом облучении воды ускоряется образование радикалов ОН, проявляется повышенная активация веществ, подлежащих окислению, при введении в среду фотонов мгновенно окисляются наиболее стойкие компоненты загрязнений, такие как спирты, хлорпроизводные и т.п. Из второго струйного аппарата 19 обрабатываемая сточная вода поступает во вторую вертикально-трубчатую систему 21. Под действием весового гидростатического давления во второй вертикально-трубчатой системе 21 озон практически полностью растворяется. При этом происходит доокисление загрязнений. На выходе второй вертикально-трубчатой системы 21 размещен концентратомер растворенного озона в обрабатываемой сточной воде 31, который фиксирует концентрацию остаточного растворенного озона в обрабатываемой сточной воде и в виде электрического сигнала передает ее через блок управления 69 на вычитающий вход второго сравнивающего устройства 25, суммирующий вход которого соединен со вторым задающим устройством 24. На втором задающем устройстве 24 устанавливается определенная величина концентрации растворенного озона в обрабатываемой сточной воде. Второй следящий привод 26, с входом которого соединен выход второго сравнивающего устройства 25, будет воздействовать на запорно-регулирующий орган второго вентиля 27 до тех пор, пока не наступит равенство величин: концентрации растворенного озона в обрабатываемой сточной воде и установленном ее значении на втором задающем устройстве 24. Таким образом, автоматически поддерживается расход озоно-кислородной смеси, необходимой как для эффективного окисления загрязнений, так и для минимально необходимого содержания растворенного озона в обеззараженной сточной воде перед ее использованием. По отводящему трубопроводу 68 обеззараженная вода поступает потребителю для повторного ее использования или сбрасывается в открытый водоем.

При эксплуатации станции очистки сточных вод возможны перебои в подаче технического кислорода. Если концентратомер растворенного кислорода в сточной воде 16 в трубопроводе 60 зафиксирует его отсутствие, то через определенную выдержку времени, которая устанавливается на пульте блока управления 69, по сигналу с блока управления 69 закрываются электрифицированные задвижки 40-43, 45, 47 и 66, следящие приводы 14 и 26 закрывают соответственно вентили 15 и 27 и при разрешающих сигналах от датчиков положения электрифицированных задвижек 48-51, 53, 55 и 67 станция очистки сточных вод прекращает свою работу.

При работе фильтр 18 засоряется, его гидравлическое сопротивление увеличивается, а вместе с тем увеличивается и гидростатическое давление на входе фильтра 18 в точке присоединения датчика давления 39. При достижении определенной величины давления блок управления 69 переводит станцию очистки сточных вод в режим регенерации фильтрующей загрузки фильтра 18. По команде с блока управления 69 электрифицированные задвижки 43 и 45 закрываются, а электрифицированная задвижка 44 открывается. При разрешающих сигналах от датчиков положения электрифицированных задвижек 51-53 запускается в работу электродвигатель промывного насоса 33. Когда промывной насос 33 выйдет на нормальный режим работы, датчик давления 38 на блок управления 69 подает сигнал на открывание электрифицированной задвижки 46. Электрифицированная задвижка 46 открывается и при разрешающем сигнале от датчика положения электрифицированной задвижки 54 промывной насос 33 забирает воду из резервуара-накопителя промывной воды 32 и подает ее в выходной патрубок фильтра 18. Загрязнения из фильтра 18 отводятся и по подводящему трубопроводу 58 поступают в первичный отстойник 4. По истечении заданного на пульте блока управления 69 времени промывной насос 33 выключается, электрифицированные задвижки 44 и 46 закрываются, а электрифицированные задвижки 43 и 45 открываются. При разрешающих сигналах от датчиков положения электрифицированных задвижек 51-54 процесс очистки и обеззараживания сточной воды продолжается. Пополнение израсходованного запаса промывной воды в резервуаре-накопителе промывной воды 32 производится через кран с поплавковым приводом 34. Периодически осадок из первичного отстойника 4 с помощью иловой трубы 56 по трубопроводу 57 отводится для утилизации. Аналогичным образом из вторичного отстойника 7 удаляется избыточный активный ил (иловая труба на чертеже условно не показана).

Предлагаемое техническое решение позволяет получить экономический эффект за счет рационального использования кислорода для эффективной очистки сточных вод. Кроме того, фотолиз смеси озон-очищенная сточная вода при обеззараживании сточной воды от микроорганизмов значительно интенсифицирует протекание окислительных реакций с участием возбужденных молекул и атомов кислорода и озона, что существенно снижает энергозатраты, необходимые для генерации УФ-излучения.