установка для очистки воды

Формула изобретения

Установка для очистки воды, содержащая корпус, снабженный подводящими и отводящими патрубками очищенной воды и осадка, размещенные в корпусе тонкослойный отстойник, конический сборник осадка и фильтр с загрузкой, отличающаяся тем, что емкость корпуса установки разделена перегородкой на камеры, в первой камере, у днища, установлена пластина, выполненная в виде усеченного конуса, большее основание которого направлено в первую камеру взвешенного слоя, а в центре его имеется отверстие, над которым расположен с зазором конический колпачок, выполняющий функцию дефлектора, причем между днищем и усеченным конусом установлен патрубок для тангенциального ввода очищаемой воды, над первой камерой взвешенного слоя размещена вторая камера, в которой расположен тонкослойный отстойник, выполненный в виде центробежного отстойника в форме вертикальной спиральной ленты, установленной на перфорированной пластине, между поверхностями спиральной ленты расположены тонкослойные модули, полки которых расположены под регулируемым углом наклона относительно горизонтальной плоскости, а по оси второй камеры установлена труба с продольным отверстием, равным высоте спиральной ленты, сообщенная с первой камерой взвешенного слоя, при этом к перфорированной пластине прикреплен конический сборник осадка с кольцевым зазором, который сообщен с патрубком для отвода осадка, в третьей камере установки над фильтром расположен вторичный центробежный отстойник в форме вертикальной спиральной ленты, установленной на плоскость листа, в центре которого имеется отверстие, при этом третья камера сообщена со второй камерой для подачи осветленной воды из периферийной спиральной ленты первичного центробежного тонкослойного отстойника в периферийную спираль ленты вторичного центробежного отстойника, ниже которого, в четвертой камере, расположен фильтр с загрузкой, над которым установлена сетка, на ней размешен слой щебня, ниже, в фильтре, установлены колпачки, сообщенные с трубопроводом для отвода очищенной воды, и к днищу прикреплен патрубок для отвода промывной воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике очистки воды, также к установкам для очистки технических вод различных производств и может быть использовано для очистки природных вод, в сельском хозяйстве, доочистки хозяйственно-бытовых стоков, очистки особозагрязненных вод, нефтесодержащих вод.

Известны тонкослойные отстойники, которые могут быть трубчатыми или пластинчатыми. Пластинчатые отстойники состоят из ряда параллельно установленных пластин горизонтально или наклонно /см. книгу Роева Г.А. и др. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. -М.: Недра, 1987, с. 68/. Эффективность осветления воды недостаточно велика вследствие того, что камера укрупнения взвеси и камера отстаивания не разделены и влияют друг на друга, что снижает качество очистки воды.

Известны также фильтры с плавающей загрузкой /см. ту же книгу Г.А. Роева, с. 135-136/. Однако использование упрощенной конструкции фильтров без дополнительных элементов, влияющих на степень очистки воды, неэффективно, небольшой фильтрацикл, вследствие чего завышенный объем промывной воды, необходимый для более частой промывки фильтра. Режим работы фильтра с сравнительно частой промывкой в целом снижает качество очистки воды, усложняет его эксплуатацию.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является установка для очистки воды, взятая за прототип, описанная в патенте РФ N 2032630, кл. C 02 F 1/52, 1995 г. Эта установка содержит корпус, торцовые стенки которой снабжены подводящими и отводящими патрубками воды и осадка, в корпусе размещены тонкослойный отстойник, конический сборник осадка, совмещенный с камерой взвешенного слоя /хлопьеобразования/, и фильтр с плавающей загрузкой. Камера хлопьеобразования снабжена установленным в ее нижней части рециркулирующим средством в виде эжектора, направленного всасывающей частью вверх, при этом тонкослойные элементы выполнены в форме трубок из гибкого материала.

Недостатком этой установки является то, что процесс хлопьеобразования протекает в одной зоне тонкослойного отстойника. Происходит большой вынос более мелкой крупности взвеси и более легкой на фильтр, и, следовательно, это снижает эффективность очистки и работы установки в целом, кроме того, работа эжектора для рециркуляции взвеси разбивает уже сформированные хлопья и способствует выносу мелких хлопьев на фильтр, что также ухудшает работу установки. Работа эжектора не позволяет получать уплотненный, меньшей влажности осадок в отстойнике, осадок находится в возмущенном состоянии, сбрасываемый осадок с очень высокой влажностью отводится из отстойника с значительно большим объемом воды, что усложняет технологическую схему и обслуживание отстойника, ухудшение работы отстойника влечет, как следствие, к ухудшению работы фильтра и ухудшению качества очистки воды всей установки.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и качества очистки воды, увеличение продолжительности фильтроцикла, уменьшения объема промывной воды, снижения материалоемкоети, процесс укрупнения хлопьев и процесс отстаивания сделать их независимыми, не влияющими друг на друга, это позволит предотвратить вынос загрязнений на фильтр потоком и максимально использовать объем установки за счет организации интенсивного выделения загрязнений, а также позволит легко и просто эксплуатировать установку.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для очистки воды, содержащей корпус, узлы подвода и отвода воды и осадка, размещенных в корпусе тонкослойного отстойника, конического сборника осадка и фильтра с загрузкой, согласно изобретению новым в установке является разделение перегородками емкости корпуса установки на камеры. Первая камера взвешенного слоя /хлопьеобразования/, ниже которой у днища установки, установлена пластина, выполненная в виде усеченного конуса, верхнее основание которого направлено в сторону камеры взвешенного слоя, а в центре конуса имеется отверстие, над которым расположены с зазором конический колпачок, выполняющий функцию дефлектора, при этом между днищем и усеченным конусом установлен патрубок для тангенциального ввода очищаемой воды. Над первой камерой взвешенного слоя размещена вторая камера, в которой расположен первичный тонкослойный отстойник, выполненный в виде центробежного отстойника в форме вертикальной спиральной ленты, установленной на перфорированной пластине, при этом по оси второй камеры установлена труба с продольным отверстием, равным высоте спиральной ленты, сообщенная с камерой взвешенного слоя. Между поверхностями спиральной ленты установлены тонкослойные модули, полки которых установлены под регулируемым углом наклона относительно горизонтальной поверхности, к перфорированной пластине прикреплен конический сборник осадка, сообщенный с отводящим патрубком. В третьей камере установки над фильтром расположен вторичный центробежный отстойник в форме вертикальной спиральной ленты, установленной на плоскость листа с центральным отверстием. Ниже спиральной ленты в четвертой камере расположен фильтр с загрузкой, над которым на сетке размещен слой щебня.

Такое конструктивное исполнение позволяет комплексно и качественно очищать воду, при тангенциальном вводе очищаемой воды в камеру взвешенного слоя и при продолжительно непрерывном прохождении воды между поверхностями спиральных лент второй и третьей камер установки и дополнительно между регулируемыми полками тонкослойных модулей второй камеры и фильтра четвертой камеры установки. При этом в первой камере установки вода описывает вращательные движения в восходящем потоке, а в спиральной ленте по всей ее высоте от оси отстойника по спирали вода движется горизонтально по синусоиде, к стенкам корпуса установки. Из последней спирали спиральной ленты, второй камеры установки вода поступает в третью камеру, в спираль спиральной ленты вторичного центробежного отстойника и, перемещаясь в спирали по окружности к центру, в центральной части спирали входит в четвертую камеру, и в нисходящем потоке очищается в фильтре.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с аналогами не позволил выявить признаков, аналогичных заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство изображено на чертежах, где:

на фиг. 1 - разрез установки по А-А;

на фиг. 2 - план установки;

на фиг. 3 - разрез установки по А-А в аксонометрии;

на фиг. 4 - тонкослойный модуль.

Установка состоит из корпуса 1, стенки которого снабжены подводящими и отводящими патрубками воды и осадка. Емкость корпуса 1 установки разделена на камеры. В первой камере взвешенного слоя у днища установлена пластина 3, выполненная в виде усеченного конуса, наибольшее основание которого направлено в камеру 2 взвешенного слоя, а в центре его имеется отверстие 4, над которым расположен с зазором 5 конический колпачок 6 в виде дефлектора. Между днищем установки и усеченным конусом 3 установлен патрубок 7 для тангенциального ввода очищаемой воды. Над камерой взвешенного слоя 2 расположен во второй камере 8 первичный центробежно-тонкослойный отстойник, выполненный в форме вертикальной спиральной ленты 9, установленной на перфорированной пластине 10. Между поверхностями спиральной ленты 9 по осям камеры 8 установлены тонкослойные модули 11, полки 12 которых расположены под регулируемым углом = 25-50^o наклона относительно горизонтальной плоскости. По оси второй камеры 8 установлена труба 13 с продольным отверстием 14, равным высоте спиральной ленты, сообщенная с камерой взвешенного слоя 2. К перфорированной пластине 10 прикреплен конический сборник осадка 15 с кольцевым зазором 16, который сообщен с патрубком 17 для отвода осадка. В третьей камере 18 над фильтром расположен вторичный центробежный отстойник в форме вертикальной спиральной ленты 19, установленной на плоскость листа 20, в центре которого имеется отверстие 21. Надфильтровая полость 22 /зона/ третьей камеры сообщена при помощи канала с второй камерой 8 отстойника для подачи осветленной воды из периферийной спирали 23, спирально и ленты 9, в периферийную спираль 24, спиральной ленты 19 третьей камеры 18. Ниже спиральной ленты 19 под листом 20 установлена поддерживающая решетка 25. Под ней установлена сетка 26, на которой размещен слой щебня 27 высотой 150 мм. Ниже сетки в четвертой камере 28 расположен фильтр с загрузкой 29, а за ней колпачки 30 с трубопроводом 31 для отвода очищенной вода. В нижней части корпуса 1 прикреплен патрубок 32 для отвода промывной воды.

Работает устройство следующим образом. Очищенная вода по трубопроводу 7 тангенциально поступает между днищем и поверхностью усеченного конуса 3 и далее через отверстие 4 и зазор 5 под коническим колпачком 6 в первую камеру 2 взвешенного слоя. Установка колпачка 6 с зазором 5 относительно плоскости конуса 3 позволяет выполнить работу дефлектора. А именно, скорость потока воды, выходящего по периметру колпачка к периферии, была достаточной, чтобы не образовался слой осадка на плоской поверхности конуса, обеспечивалась равномерность распределения жидкости по периметру и в дальнейшем угол конуса пластины 3 к горизонту обеспечивал закрашивание потока воды со взвесью в камере взвешенного слоя 2, что позволяет максимально полезно использовать объем камеры взвешенного слоя. Хлопья взвеси, двигаясь к периферии, поднимаются, описывают сложную траекторию движения, часть опускается книзу и снова подхватывается потоком воды, а часть уходит через трубу 13 во вторую камеру 8 и далее в продольное отверстие 14 трубы 13, которое служит для равномерного распределения объема воды по всей высоте вертикальной спиральной ленты 9, затем вода с хлопьями взвеси, двигаясь центробежно горизонтально по синусоиде между поверхностями спиральной ленты, подвергается целому комплексу воздействий. Загрязнения в виде хлопьев, двигаясь горизонтально по окружности в длинном пространстве между спиралями, обрабатываются центробежными силами, величина которых прямо пропорциональна ускорению частички водной системы. Дополнительно на частичку системы действует гравитационная сила тяжести, действующая вертикально в объеме воды между спиралями. Гравитационная сила, действующая на частичку, имеет переменную величину, величина ее зависит от синусоидальной скорости движения частички в водном объеме, на нисходящей ветви синусоиды, под действием суммарных сил частички набирают ускорение и по касательной сползают по вертикальной поверхности ленты. Более легкие частички взвеси движутся далее и на восходящей ветви синусоиды образуют слабый взвешенный слой, в котором частички доукрупняются и входят на обработку в следующий блок тонкослойного отстаивания. По пути частичка описывает сложную траекторию движения, проходя тонкослойные модули 11 из набора регулируемых параллельных полок 12, установленных под углом к горизонтальной плоскости по осям камеры 8, частичка загрязнений подвергается новому дополнительному воздействию при синусоидальном центробежном движении, позволяющему максимально задерживать на поверхности полки 12 основную массу загрязнений. Центробежные силы совместно с силами гравитации при движении водной системы по синусоиде заставляют частички совершать сложную траекторию движения между полками 12 тонкослойного модуля, осадок, накапливаясь, одновременно сдвигается по поверхности полки по диагонали, и далее по вертикальной плоскости по некоторой траектории, взвесь осаждается на плоскую поверхность перфорированной пластины листа. Оставшаяся взвесь в объеме воды, выйдя из тонкослойного модуля, двигается горизонтально по окружности к следующему тонкослойному модулю 11 /их установлено 8 штук/ по восходящей траектории синусоиды, синусоида образуется тем, что объем воды, входящей в вертикальное окно тонкослойного модуля, сдвинут по вертикали относительно объема воды, выходящего из тонкослойного модуля, на высоту, определенную углом наклона полок тонкослойного модуля. Двигаясь центробежно по окружности между поверхностями спиральной ленты, вода с взвесью одновременно совершает синусоидальное движение относительно вертикальной оси, количество синусоид зависит от числа тонкослойных модулей, установленных между вертикальными поверхностями спиральной ленты. Загрязнения из нижней части центробежно-тонкослойного отстойника опускаются вниз на плоскость перфорированной пластины и через отверстия перфорированной пластины 10 перемещаются в конический сборник осадка 15, а из него по трубопроводу 17 выводятся в емкость для последующей обработки /не показана/.

Вода из периферийного витка спирали 23 второй камеры установки переходит в надфильтровую полость третьей камеры установки и далее в периферийную спираль 24 вторичного центробежного отстойника со спиральной лентой 19, где вода продолжает центробежное движение по окружности между вертикальными поверхностями спиральной ленты горизонтального центробежного отстаивания, опускаясь к плоскости листа 20, в котором выполнено отверстие 21 для перетекания воды из третьей камеры 18 и четвертой камеры 28 фильтра с фильтрующей загрузкой 29.

При ламинарном движении воды в условно-бесконечно длинном канале вторичного центробежного отстойника в зоне надфильтрового пространства фильтра создаются условия максимально полезного использования всего объема третьей камеры установки с полным созреванием оставшейся взвеси, входящей в зону фильтрования, что еще более повышает эффективность работы всей установки. Осветленная вода обрабатывается фильтрованием через слой фильтрующей загрузки 29 определенной фракции /например 1-3 мм/, отфильтрованная вода отводится через систему колпачков 30 по трубопроводу 31 в карман 33 чистой воды с регулятором уровня воды 34 во всей установке. Через определенный рабочий цикл выполняется промывка фильтрующей загрузки через трубопроводы 32 дренажной системы для отвода промывной воды из фильтра и гидроавтоматическое устройство сифонного типа /не показано/, установленное рядом с фильтром и присоединенное к трубопроводу дренажной системы 32.

Система из решетки, сетки и щебенки выполняет следующую функцию.

Решетка 25 из поставленного на ребро листового металла, верхняя над сеткой и такая же под сеткой, служат для удержания между ними металлической сетки, на которую действуют две силы, вертикальная сила - суммарная сила всплывающей фильтрующей загрузки 29, и компенсирующая суммарная сила веса щебенки 27. Две силы, противоположные до знаку, компенсируют друг друга. В свою очередь металлическая сетка служит для предотвращения выноса фильтрующей загрузки 29 и для ее удержания в определенном объеме. Размер ячейки сетки 26 должен быть меньше, чем размер фракции фильтрующей загрузки. Сверху на сетку 26 в полости между ребрами удерживающей решетки 25 засыпан щебень 27 фракции 10-15 мм толщиной 120-150 мм.