унифицированный комплекс для очистки промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей

Формула изобретения

1. Унифицированный комплекс для очистки промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, характеризующийся тем, что он содержит объемный каркас, включающий жесткую неподвижную часть и часть, выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной части, и приводы к ней; емкость для очищаемых промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, свободно располагаемую внутри каркаса, при этом основу неподвижного каркаса составляют вертикальные колонны, из них, по крайней мере, четыре вертикальные колонны, находятся на габаритных позициях каркаса и жестко обвязаны в верхней и нижней частях колонн; по крайней мере, четыре колонны снабжены вертикальными направляющими в виде цепей, закрепленных на колоннах обоими концами в пределах хода подвижной части; горизонтальную раму, имеющую жесткое разъемное соединение с колоннами на уровне не ниже уровня очищаемых промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, на которой установлены шламосъемники; и вертикальные цилиндрические линейные направляющие качения, закрепленные между горизонтальной рамой и верхней частью каркаса, а подвижная часть размещена в верхней части комплекса и включает приводную платформу, имеющую средство ориентирования относительно вертикальных цилиндрических линейных направляющих качения при вертикальных перемещениях, на которой установлены кассетные патронные очистители так, чтобы манжеты шламосъемников отдельного очистителя охватывали соответствующие патроны; также привод укреплен на платформе и выполнен в виде мотор-редуктора, звездочки которого и звездочки всех механизмов перемещения платформы установлены с возможностью зацепления с направляющими цепями на колоннах каркаса, и звездочки всех механизмов перемещения платформы объединены общим гибким звеном в виде цепи.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что звездочки редуктора снабжены защитным корпусом.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что средство ориентирования платформы относительно вертикальных направляющих выполнено в виде кольцевого подшипника качения для линейного перемещения.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он содержит, по крайней мере, три вертикальные цилиндрические линейные направляющие качения.

5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что с приводной платформой скреплены плиты кассетных патронных очистителей, каждый из которых включает совокупность цилиндрических вертикальных патронов, установленных головной частью с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся к низу сечение и охватывают патроны по скользящей посадке.

6. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что с приводной платформой скреплена плита кассетного патронного очистителя для удаления масла с поверхности промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, который включает совокупность цилиндрических вертикальных патронов, поверхность которых является осадительной для масла и которые установлены головной частью с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся к низу сечение и охватывают патроны очистителя для удаления масла по скользящей посадке.

7. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что с приводной платформой скреплена плита кассетного патронного магнитного сепаратора, который включает совокупность цилиндрических вертикальных патронов в виде набора цилиндрических дисковых магнитов, расположенных в плане в два ряда, и которые установлены головной частью с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся к низу сечение и охватывают патроны магнитного сепаратора по скользящей посадке.

8. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что с приводной платформой скреплена плита кассетного патронного устройства для обеззараживания промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, который включает совокупность вертикальных цилиндрических источников ультрафиолетового излучения в виде U-образных ламп ультрафиолетового излучения, размещенных в закрытых цилиндрических кварцевых трубках, которые установлены головной частью, имеющей токоподводы, с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, имеющих многорядный шахматный порядок расположения, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся к низу сечение и охватывают патроны устройства обеззараживания по скользящей посадке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, например, в системах водоснабжения.

Известен магнитный сепаратор по патенту РФ 2187378, который включает установочную раму, емкость с очищаемым потоком жидкости. На раме установлены консольно, с возможностью вертикального перемещения две траверсы. На верхней траверсе установлены вертикальные цилиндрические магнитные патроны, а с нижней приводной траверсой скреплены манжеты шламосъемника, охватывающие каждый патрон. При перемещении манжет по патронам магнитный шлам счищается в подводимый конвейер. Магнитный сепаратор имеет кассетное исполнение. В нем каждый магнитный патрон является легко заменяемой деталью, при неизменных установочных размерах патрона и сепаратора в целом, что позволяет создавать однотипные устройства с отличающимися эксплуатационными характеристиками без изменения технологических приемов изготовления и монтажа.

Сепаратор имеет хорошие показатели качества очистки от ферромагнитных частиц и высокую производительность, отнесенную к его массогабаритным характеристикам. Вместе с тем, слабым звеном в конструкции является консольное крепление траверс. Также сепаратор выполняет одну из технологических операций очистки, и при решении производственных задач, например очистки СОЖ, необходим поиск и подбор установок прочих операций очистки, совместимых по компоновке, производительности, технологической последовательности. То есть известная конструкция характеризуется функциональной ограниченностью.

Известно устройство по патенту РФ 2226505. Устройство выполняет операцию удаления масла с поверхности водных сред. Конструктивно устройство имеет много сходных признаков с патентом 2187378. Устройство содержит две траверсы, консольно установленные на колонне, принадлежащей емкости с очищаемой средой. На верхней траверсе установлены в сквозных отверстиях цилиндрические патроны - стержни диаметром около 1 см, на нижней приводной - манжеты, охватывающие патроны. Масло с патронов собирают в подводимый конвейер.

Как и по патенту 2187378, устройство имеет кассетное исполнение. Приводные механизмы (гидропривод, гидроцилиндры) индивидуализированы. Устройство функционально ограничено.

Известен бак-отстойник по патенту РФ 2216381, в основе которого заложена многооперационная обработка СОЖ. Бак содержит корпус, разделенный на две части шиберной заслонкой; цепной транспортер; вертикальные магнитные стержни с возможностью периодического подъема; подводимый под стержни поперечный конвейер; продольный конвейер; эжектор; барабан для сбора масла и пенных продуктов, снабженный ножом для очистки рабочей поверхности. В баке осуществляются несколько операций очистки: очистка от тяжелых частиц со дна; магнитная сепарация; насыщение воздухом как антибактериальная процедура и как средство образования пенного продукта и масляной пленки; удаление масляной пленки и пены барабаном и отдельным конвейером. Конструктивная сложность бака создается следующими техническими решениями. 1. Емкость служит, средством установки транспортеров, приводов, барабана, сепаратора и прочего оборудования и в рабочем состоянии представляет собой законченную установку неразборную, рассчитанную на заданные производительность и степень очистки, и переналадке не подлежит. 2. Применение разнотипного оборудования приводит к большим габаритам. Также усложняется монтаж.

Известны централизованные системы; очистки (ЦСО) для обслуживания группы станков, автоматических линий и прочее. Известен состав очистителей; образующих ЦСО: это накопительный бак, куда сливается СОЖ с металлообрабатывающих станков; фильтр грубой очистки; бак-отстойник, флотатор, сепараторы, в том числе магнитные: фильтр тонкой очистки, батарея гидроциклонов; центробежные насосы, нагнетательное оборудование [см. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под общ. ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. - М. Машиностроение, 1995, с.401], ЦСО обеспечивает обработку СОЖ с производительностью, рассчитанной исходя из суточной потребности производства (например, 250 куб.м/час). Для обеспечения заданной производительности обработки СОЖ с одной стороны и требуемой степени очистки 92-97% с другой стороны, оборудование в составе ЦСО имеет большие габариты, является дорогостоящим (по металлоемкости, эксплуатационным затратам). К примеру, объем накопительной емкости составляет 150 куб.м. ЦСО обеспечивают степень очистки 97-99% и тонкость очистки 10-35 мкм.

Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы:

1. Упростить и снизить капитальные затраты на изготовление и монтаж оборудования.

2. Обеспечить возможность управления в ходе эксплуатации характеристиками процесса очистки в части выбора состава очистителей (расширение функций), степени и производительности очистки без дополнительных проектных работ на имеющемся оборудовании.

3. Уменьшить габариты и занимаемые площади за счет применения патронных очистителей с развитой поверхностью разделения фаз.

Поставленная техническая задача решена заявляемым изобретением. Предлагается многофункциональная конструкция, реализующая новый концептуальный подход к изготовлению и эксплуатации средств очистки жидкостей.

Унифицированный комплекс для очистки промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, характеризующийся тем, что он содержит объемный каркас, включающий жесткую неподвижную часть и часть, выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной части, и приводы к ней: емкость для очищаемых промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, свободно располагаемую, внутри каркаса; при этом основу неподвижного каркаса составляют вертикальные колонны, из них, по крайней мере, четыре вертикальные колонны, находятся на габаритных позициях каркаса и жестко обвязаны в верхней и нижней частях колонн; по крайней мере, четыре колонны снабжены вертикальными направляющими для редуктора подвижной части в виде цепей, закрепленных на колоннах обоими концами в пределах хода подвижной части; горизонтальную раму, имеющую жесткое разъемное соединение с колоннами на уровне, не ниже уровня очищаемых промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей, на раме установлены шламосъемники и вертикальные цилиндрические линейные направляющие качения, закрепленные между горизонтальной рамой и верхней частью каркаса, а подвижная часть размещена в верхней части комплекса и включает приводную платформу, имеющую средство ориентирования относительно вертикальных цилиндрических линейных направляющих качения при вертикальных перемещениях, на которой установлены кассетные патронные очистители так, чтобы манжеты шламосъемников отдельного очистителя охватывали соответствующие патроны; также привод укреплен на платформе и выполнен в виде мотор-редуктора, звездочки которого и звездочки всех механизмов перемещения платформы установлены с возможностью зацепления с направляющими цепями на колоннах каркаса. При этом все звездочки редуктора снабжены защитным корпусом и объединены общим гибким звеном в виде цепи.

Платформа имеет средство ориентирования относительно вертикальных направляющих в виде кольцевого подшипника качения для линейного перемещения. Комплекс содержит, по крайней мере, три вертикальные направляющие.

С приводной платформой комплекса скреплены плиты кассетных патронных очистителей, каждый из которых включает совокупность цилиндрических вертикальных патронов, установленных головной частью с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся книзу сечение и охватывают патроны по скользящей посадке.

Кассетный патронный очиститель для удаления масла с поверхности промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей включает совокупность цилиндрических вертикальных патронов, поверхность которых является осадительной для масла и которые установлены головной частью с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся к низу сечение и охватывают патроны очистителя для удаления масла по скользящей посадке (соответствует патенту 2226505).

Кассетный патронный магнитный сепаратор включает совокупность цилиндрических вертикальных патронов в виде набора цилиндрических дисковых магнитов, расположенных в плане в два ряда. Патроны установлены головной частью с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся книзу сечение и охватывают патроны магнитного сепаратора по скользящей посадке (соответствует патенту 2186628).

Кассетное патронное устройство для обеззараживания промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей включает совокупность вертикальных цилиндрических источников ультрафиолетового излучения в виде U-образных ламп ультрафиолетового излучения, размещенных в закрытых цилиндрических кварцевых трубках, которые установлены головной частью, имеющей токоподводы, с радиальным зазором и с фиксированным вертикальным положением в сквозных отверстиях плиты, имеющих многорядный шахматный порядок расположения, а на горизонтальной раме комплекса укреплен шламосъемник, манжеты которого выполнены из эластичного материала, имеют сужающееся книзу сечение и охватывают патроны устройства обеззараживания по скользящей посадке.

Изобретение поясняется чертежами. На фигуре 1 показано основное компоновочное решение комплекса; на фигуре 2 - то же, вид сбоку; на фигуре 3 - вид В на фигуре 2; на фигуре 4 - вид С на фигуре 2; на фигуре 5 показаны установка патронов и шламосъемников и взаимодействие патронов и манжет; на фигуре 6 показан узел и поясняется работа мотор-редуктора и механизмов перемещения платформы.

Унифицированный комплекс для очистки промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей содержит объемный, пространственный каркас 1 (фигуры 1-4). Неподвижную часть каркаса составляют четыре вертикальные колонны 2, жестко обвязанные в верхней и нижней частях колонн уголками 3. На колоннах концами закреплены вертикальные направляющие 4 в виде цепей в пределах хода подвижной части. Неподвижная горизонтальная рама 5 скреплена с колоннами 2 на уровне не ниже уровня очищаемых промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей в емкости 6. Между горизонтальной рамой 5 и верхней частью каркаса 1 установлены вертикальные цилиндрические линейные направляющие качения 7. На раме 5 укреплены шламосъемники 8 соответствующих очистителей (например, магнитного сепаратора, устройства для удаления масла, устройства обеззараживания). Манжеты 9 (фигура 5) шламосъемкника выполнены из эластичного материала, например из резины, и имеют сужающееся книзу сечение. Каждая манжета скреплена с основанием шламосъемника с помощью двух металлических шайб 10 без возможности вертикального хода и с допустимым радиальным смещением ("плавающие шайбы"). В процессе очистки такие манжеты позволяют избежать заклинивания деталей.

Подвижная часть каркаса включает приводную платформу 11, которая имеет возможность перемещения относительно вертикальных цилиндрических линейных направляющих качения 7, например, посредством кольцевого подшипника качения для линейного перемещения. Перемещение платформы осуществляется мотор-редуктором 12 следующим образом.

Механизмы перемещения (фигура 6) укреплены на платформе 11 в местах сцепления с направляющими цепями 4. Каждый механизм перемещения включают корпус 13, внутри которого установлена ведомая звездочка 14, входящая в зацепление с одной из вертикальных направляющих цепей 4 на колоннах 2. Прижим звездочек 14 к цепям 4 осуществляется посредством общего гибкого звена в виде второй длинномерной цепи 15, находящейся в зацеплении с звездочками всех механизмов перемещения платформы и обеспечивающей синхронное вращение всех звездочек, что необходимо для плавного без уклонов вертикального перемещения платформы. Для надежного сцепления ведомых звездочек 14 с обеими цепями 4 и 15 в корпусе 13 установлены две вспомогательные прижимные подпружиненные звездочки 16. Предусмотрена трассировка объединяющей цепи 15 также с помощью звездочек (на чертежах их позиции не указаны). Вращение на одну из звездочек 14 передается от мотор-редуктора 12, укрепленного на торце платформы 11.

Патронные очистители представляют собой совокупность цилиндрических патронов и характеризуются по сравнению с другими очистителями многократно увеличенной поверхностью разделения фаз. Отдельная кассета патронов как унифицированная форма для различных вариантов применения, как правило, имеет двурядное расположение патронов в кассете. Целесообразность такой компоновки объясняется технологическими возможностями изготовления кассет, доступностью мест установки патронов, возможностями замены отдельного патрона как для цели ремонта, так и для цели выбора размера патрона и его разделительной способности. Для оценки преимущества кассетных патронных очистителей при высоте патронов, например, 1 м сравним: ленточный фильтр имеет плоскую разделительную поверхность, например, 2 м²; на такой же площади патронный сепаратор имеет разделительную поверхность 250-300 м² .

Отдельная кассета представляет собой плиту 17. Патроны 18 головной частью устанавливаются в сквозных отверстиях плиты с радиальным зазором во избежание заклинивания при относительных перемещениях патронов 18 и манжет 9 щламосъемника 8. По вертикальной оси положение патронов зафиксировано, например, с помощью шайбы 19 и гайки 20 (фигура 5). Плита 17 кассетного патронного очистителя имеет унифицированное конструктивное исполнение для цели свободного выбора числа очистителей, их назначения и для цели применения типовых приемов установки кассет. Например, плиты болтами укрепляются на балках 21 приводной горизонтальной платформы 11 (фигура 3).

Назначение патронного очистителя определяется типом установленных в плите патронов 18.

Кассетный патронный магнитный сепаратор представляет собой совокупность вертикальных цилиндрических магнитных патронов 22 (фигура 4). Патроны расположены, преимущественно, в два ряда так, что ближайшие три патрона равноудалены друг от друга на 15-40 мм. Магнитные патроны выполнены в виде набора цилиндрических дисковых постоянных магнитов, разделенных прокладками из магнитомягкого материала и помещенных в немагнитную гильзу. Аналогичная конструкция защищена патентом Российской Федерации 2186628.

Устройство обеззараживания промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей и удаления продуктов жизнедеятельности микроорганизмов также выполнен в виде кассеты патронов. Устройство представляет собой вертикальные цилиндрические кварцевые трубки 23 (фигура 4), установленные головной частью в сквозных отверстиях плиты с расстоянием между трубками 15-30 мм. Это расстояние определяется на практике исходя из производительности обработки и надежного обеззараживания. Внутри цилиндрических кварцевых трубок с одним открытым верхним концом, имеющим крышку (не показано), размещены U-образные лампы ультрафиолетового излучения. Специальной гидроизоляции не требуется. Токоподводы (цоколь лампы) выполнены с верхнего непогружаемого конца трубок. Наружное исполнение токоподводов позволяет вывести их из зоны действия сильного окислителя, каким является озон, а также избежать перегрева токоподводов (в зависимости от выбора типа лампы). Такое изготовление и размещение ламп обеспечивает возможность существенного упрощения устройства и повышает его надежность, принимая во внимание одновременное и длительное использование десятков и сотен ламп в одной кассете. Аналогичная конструкция рассматривается на предмет выдачи патента Российской Федерации по заявке 2003129045.

Кассетный патронный очиститель для удаления свободного масла из промышленных и бытовых сточных вод и оборотных жидкостей содержит цилиндрические патроны 24 (фигура 4), поверхность которых является осадительной для масла. Большинство материалов, используемых в промышленности такой способностью обладают. Это могут быть металлы (сталь), пластмассы, композиционные материалы с чисто обработанной гладкой поверхностью, прочные, износостойкие. Поверхность патронов может иметь гидрофобное покрытие. Но вместе с тем, гидрофобные свойства обеспечивает масляная пленка, распределяющаяся по патронам при прохождении поверхностного слоя масла. Диаметр патронов и расстояние между ними должно быть как можно меньше и составляет, например, 0,5-1 см. Это расстояние определяется технологическими возможностями, задаваемой производительностью. Чем меньше диаметр патронов, тем больше суммарная разделительная поверхность патронов в кассете. Аналогичная конструкция защищена патентом Российской Федерации 2226505.

Заявляемый комплекс работает следующим образом.

Емкость 6 с очищаемой средой вида промышленные и бытовые сточные воды и оборотные жидкости свободно устанавливают внутри каркаса ниже горизонтальной рамы 5 с закрепленными на ней шламосъемниками. Манжеты 9 шламосъемников охватывают патроны соответствующих очистителей. При включении мотор-редуктора звездочки 14 всех механизмов перемещения одновременно и синхронно обкатываются по направляющим цепям 4. Платформа фактически подвешена между вертикальных колонн 2 каркаса, и надежность ее вертикального перемещения обеспечивают вертикальные направляющие 7, установленные на раме 5; прижимные звездочки 16, обеспечивающие сцепление ведомых звездочек 14 с направляющими цепями 4 на колоннах и сопряжение поверхностей патронов и манжет.

В нижнем положении платформы патроны погружены в очищаемую среду. На магнитных патронах 22 осуществляется осаждение магнитных частиц. На немагнитных гладкоствольных патронах 24 осаждается тонким слоем масло с поверхностной пленки очищаемой жидкости и любые другие масляные частицы на основе свойства коалесценции масла. В кварцевых трубках 23 включаются лампы ультрафиолетового излучения и осуществляется обеззараживание очищаемой среды. На поверхности кварцевых трубок образуется пленка осадка ввиду ионизации поверхности трубок, снижающая эффективность обработки среды.

Периодически платформа с кассетными патронными очистителями поднимается в верхнее положение и вместе с патронами из очищаемой среды извлекаются загрязняющие частицы. Большая разделительная поверхность патронных очистителей гарантирует высокую степень очистки 97-99% и производительность процесса. Причем рост производительности процесса очистки оценивается в сотни раз, сравнивая занимаемые площади разных очистителей. Основное преимущество заявляемого комплекса в том, что он реализует простое типовое суммирование высокопроизводительных очистителей различного типа. Это позволяет применить единый подход к решению самых разных технологических задач, в том числе комплексных, путем простой типовой компоновки типовых единиц оборудования. Снижаются затраты на конструкторские разработки. К сложению типовых кассетных патронных очистителей может быть применен принцип мозаичности, то есть выполнить компоновку патронов разного назначения равномерно по площади емкости с очищаемой жидкостью, что не достижимо для любых других средств очистки.

В рамках данной заявки не показана конкретно утилизация извлеченных из очищаемой среды загрязняющих частиц. Контейнеры для отходов могут быть самые разные в зависимости от выбранного сочетания очистителей, например индивидуальные для каждой кассеты. Простой вариант состоит в следующем. Цикл работы комплекса состоит в одноразовом спуске и подъеме платформы. В этом случае в конце процесса очистки очищенная среда сливается в другую емкость, патроны поднимаются вверх, и манжеты 9 счищают осадок с патронов на дно опустошенной емкости 6, который выводится драгой.