установка для термического обеззараживания дренажной воды

Формула изобретения

1. Установка для термического обеззараживания дренажной воды, содержащая последовательно соединенные трубопроводами насос для грязной дренажной воды, фильтр тонкой очистки, первый теплообменник для основного нагрева дренажной воды, насос для нагретой дренажной воды, второй теплообменник для догрева дренажной воды, котел для догрева дренажной воды и емкость для выдержки дренажной воды, соединенную для последующего направления дренажной воды с каналом охлаждения первого теплообменника для вывода обеззараженной дренажной воды и с насосом для нагретой дренажной воды для ее направления на последующее обеззараживание, а трубопровод на входе насоса для грязной дренажной воды соединен с трубопроводом для подачи жидкости для промывки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод между фильтром тонкой очистки и первым теплообменником соединен с трубопроводом, который предназначен для соединения с баком с грязной дренажной водой, и на котором установлены два датчика pH, между которыми установлен эжектор для подачи кислоты в бак с грязной дренажной водой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термической очистке и обеззараживанию сточных вод и может быть использовано, в частности, в тепличных хозяйствах при повторном использовании дренажной воды, а также в системах безотходного использования дренажных вод.

В наше время, в тепличных хозяйствах очень актуальным становится вопрос повторного использования дренажной воды. Это связано со многими факторами. Прежде всего, с усиливающимся экологическими нормами и контролем, а также возможностью экономии средств на удобрениях. Однако повторное использование дренажа увеличивает риск распространения растительных «патогенов», к которым относятся вредоносные бактерии, грибы и вирусы. Устранить этот риск можно с помощью дезинфекции дренажа перед его повторным использованием.

В настоящее время дезинфекция дренажа осуществляется с помощью нагрева, ультрафиолетового облучения, озонирования. Исследования в области дезинфекции дренажных вод показали эффективность обеззараживания, при нагреве дренажа до 85°C и выдерживании этой температуры в течение 3 минут (Amsing, J J. and Runia, W.Th. «Дезинфекция дренажного раствора в замкнутых системах выращивания путем тепловой обработки». 1995).

Наиболее близкой к заявляемой установке является установка для термического обеззараживания дренажной воды, включающая последовательно соединенные трубопроводами насос для грязной сточной воды, теплообменник, автоклав, электролизер, насос для догрева сточной воды, смеситель, отстойник с тонкослойными модулями, сгуститель осадка со встроенным теплообменником (RU 2264989 C1, описание, опубл. 2005).

Недостатком данной установки является нерациональное завышение температуры, что ведет к большим затратам электроэнергии.

Задачей заявляемой установки является обеспечение термического обеззараживания путем нагрева до задаваемой температуры, близкой к температуре кипения воды, при невысоких энергозатратах.

Задача решается тем, что установка для термического обеззараживания дренажной воды содержит последовательно соединенные трубопроводами насос для грязной дренажной воды, фильтр тонкой очистки, первый теплообменник для основного нагрева дренажной воды, насос для нагретой дренажной воды, второй теплообменник для догрева дренажной воды, котел для догрева дренажной воды и емкость для выдержки дренажной воды, соединенную для последующего направления дренажной воды с каналом охлаждения первого теплообменника для вывода обеззараженной дренажной воды и с насосом для нагретой дренажной воды для ее направления на последующее обеззараживание, а трубопровод на входе насоса для грязной дренажной воды соединен с трубопроводом для подачи жидкости для промывки.

Трубопровод между фильтром тонкой очистки и первым теплообменником может быть соединен с трубопроводом, который предназначен для соединения с баком для грязной дренажной водой и на котором могут быть установлены два датчика pH, между которыми установлен эжектор для подачи кислоты в бак для грязной дренажной водой.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 изображена структурная схема заявляемой установки.

Установка включает последовательно соединенные трубопроводами насос 1 для грязной дренажной воды, фильтр 2 тонкой очистки, первый теплообменник 3 для основного нагрева дренажной воды, насос 4 для нагретой дренажной воды, второй теплообменник 5 для догрева дренажной воды, электрокотел 6 с внутренними тэнами для догрева дренажной воды в том случае, если температуры теплоносителя не хватает для нагрева до температуры обеззараживания, емкость 7 для выдержки дренажной воды при необходимой температуре обеззараживания в течение заданного времени, 3-х ходовой выходной регулятор 8 для управления направлением выхода обеззараживаемой дренажной воды либо по кольцу циркуляции (теплообменик 3 электрокотел 6 емкость 7 для выдержки регулятор 8 насос 4), либо через канал охлаждения первого теплообменника 3 в бак 9 с обеззараженной дренажной водой, эжектор 10 в виде эжекционного насоса для подачи кислоты в бак 11 для грязной дренажной воды, емкость 12 для кислоты и емкость 13 для промывки.

Фильтр 2 тонкой очистки (130 микрон) предназначен для фильтрации грязной дренажной воды и требует ручной промывки по мере загрязнения (период промывки от 14 до 30 дней в зависимости от загрязненности дренажной воды).

Установка снабжена датчиками pH (pH1 и pH2) для измерения кислотности дренажных растворов в диапазоне pH от 2 до 8, краном 14 для управления подачей кислоты в эжектор 10, задвижкой 15 теплоносителя, предназначенной для регулирования расхода теплоносителя, датчиками температуры Т1 и Т2, установленными на входе и выходе емкости 7 и которые измеряют входную и выходную температуру дренажной воды соответственно, датчики T3 и Т4 для измерения температуры дренажной воды на входе и на выходе установки, датчик Т5 для измерения температуры теплоносителя, контрольный датчик Т6.

Установка снабжена ручными кранами Kp1, Кр2 для слива, спускным клапаном Кр3, вспомогательными отсекающими кранами Кр4-Кр7, краном Кр8 для подачи промывки, краном Кр9 для слива промывки и краном Кр10 подачи кислоты.

Установка также снабжена реле РД давления для контроля работоспособности насосов, расходомером Pac для измерения расхода дезинфицируемого дренажной воды, датчиками Ур уровней заполнения бака 11 грязной дренажной воды и бака 9 обеззараженной дренажной воды, манометром Р1 для визуального контроля давления на входе в теплообменник.

Заявляемая установка работает следующим образом.

Управление процессом обеззараживания производится электронным блоком, который включает контроллер, органы индикации и управления, состоящие из: ключей управления насосом 4 для нагретой дренажной воды, выходным регулятором 8, задвижкой 15 теплоносителя, частотного регулятора насоса 1, краном 14 подачи кислоты, схем измерения кислотности (датчики pH1 и pH2), температуры раствора на входе/выходе (датчики Т1 и Т2) емкости 9 для выдержки, входе/выходе в установку (датчики T3 и T4) и теплоносителя (датчик Т5), уровней (УР) заполнения баков 9 и 11.

Для обеззараживания дренажной воды необходимо нагреть дренажную воду до номинальной температуры (по умолчанию 85°C), задаваемой в «Параметрах управления» (ПУ), выдержать три минуты и охладить. Работа системы разбита на фазы. В зависимости от состояния процесс может оказаться в той или иной фазе.

Из бака 11 с помощью насоса 1 через фильтр 2 дренажная вода подается в теплообменник 3, далее через насос 4 дренажная вода попадает в теплообменник 5, затем через котел 6 и емкость 7 для выдержки через закрытый выходной регулятор 8 возвращает дренаж назад на вход насоса 4. Емкость 7 для выдержки конструктивно сделана таким образом, что время прохождения по ней дренажной воды составляет три минуты, при показаниях расходомера на выходе установки 5 м³/час. Нагрев дренажной воды осуществляется посредством теплообменника 5, подключенного к тепломагистрали (фаза «нагрев»). Контроллер управляет включением/отключением тэнов котла 6 и открытием/закрытием задвижки теплоносителя 15, добиваясь максимального использования внешнего теплоносителя. Если температуры теплоносителя не хватает для нагрева до номинальной температуры обеззараживания (дезинфицирования), то будут дополнительно включаться тэны котла 6.

Нагреваемый дренаж циркулирует в контуре дезинфектора до повышения температуры на выходе выдержки свыше номинальной температуры, после этого наступает фаза «дезинфекция». При достижении номинальной температуры обеззараживания на выходе емкости 7 откроется выходной регулятор 8 на выход к баку 9 для обеззараженной дренажной воды. При этом выводимая обеззараженная дренажная вода, проходя через теплообменник 3, за счет рекуперации будет нагревать вводимую «грязную» дренажную воду, а сама при этом охлаждаться. Во время обеззараживания постоянно ведется контроль температуры на выходе емкости 7 для выдержки с помощью датчика Т2. При снижении температуры ниже номинальной (минус допуск регулирования), фаза дезинфекции переходит снова в фазу «нагрев».

Для дезинфицирования дренажной воды требуется выдержать температуру 85°C - 180 секунд, а при 95°C - 30 секунд. В заявляемой установке программно реализовано регулирование расхода дренажной воды по текущей температуре дезинфекции. Время выдерживания дренажной воды обратно пропорционально текущему расходу дренажной воды на выходе установки. Две точки, пропорционально которым увеличивается расход дренажной воды, задаются в ПУ. При повышении температуры на выходе выдержки свыше номинальной контроллер программно увеличивает частоту регулятора насоса 1 дезинфекции и текущий расход дренажной воды растет, а температура дезинфекции понижается. При увеличении текущего расхода и достижении им значения, выше расчетного, будет увеличиваться температура дезинфекции, которую контроллер будет поддерживать.

Для предотвращения оседания солей в установке предусмотрена дозация кислоты в фазах «тест pH», «нагрев» и «дезинфекция». При включении насоса 1 дезинфекции, который подает жидкость из бака 11 грязной дренажной воды в теплообменник 3, часть жидкости с выхода насоса 1 поступает в эжекционный насос 10 и параллельно проходит последовательно через два датчика pH (pH1 и pH2). Эжекционный насос 10 через отсекающий кран (Кр10) забирает кислоту и подает ее в бак 11 грязной дренажной воды. Если измеренное значение pH выше заданного в ПУ значения pH, то кран 14 для подачи кислоты импульсно открывается. Длительность открывающих кран импульсов вычисляется по ПИ-закону регулирования. Коэффициенты регулирования задаются с пульта управляющего контроллера. Использование обратной связи в контуре регулирования обеспечивает точное поддержание pH дренажной воды.

При программном запрете работы заявляемой установки, который можно задать непосредственно с пульта контроллера или дистанционно с помощью персонального компьютера и программы «Монитор», вне зависимости от других условий, дезинфектор останавливает свою работу на установленное время.

Программные возможности заявляемой установки позволяют управлять всеми указанными элементами в автоматическом режиме с контроллера установки. Запуск того или иного элемента зависит от уровня заполнения баков или внешних управляющих сигналов.

Фаза «на входе пусто» возникает, когда состояние «Пуск дезинфектора 1»=0 (по умолчанию при условии - бак 11 пуст). В этой фазе происходит остановка работы дезинфектора. Дезинфектор снова запустится, когда «Пуск дезинфектора 1» будет равен 1.

Фаза «выход полон» возникает, когда состояние «Пуск дезинфектора 2»=0 (по умолчанию при условии - бак 3 чистого дренажа пуст). В этой фазе происходит остановка работы дезинфектора. Дезинфектор снова запустится, когда «Пуск дезинфектора 2» будет равен 1.

Фаза «тест pH» возникает при превышении текущего измеренного pH за границы допуска pH (измер. pH > держать pH + допуск pH). В этой фазе насос дезинфекции HI работает с постоянной частотой, задаваемой в процентном отношении в ПУ (для нагрева), и ведется дозация кислоты в бак «чистого» дренажа. Длительность фазы зависит только от того, как быстро pH дренажа войдет в границы допуска pH.

Во время работы заявляемой установки осуществляется проверка на различные аварийные фазы. Фаза «Авария давления» возникает при отсутствии давления на выходе насоса нагрева в фазах «нагрев» и «дезинфекция».

Фаза «Авария Перегрев» возникает при превышении максимальной температуры + допуск регулирования на входе емкости выдержки, в течение задаваемого в ПУ времени проверки на «Перегрев». Фаза «Авария измерения» возникает при неисправности датчиков температуры входа или выхода емкости выдержки, или теплоносителя.

Фаза «Авария расхода» возникает в фазе дезинфекция при отсутствии расхода в течение задаваемого в ПУ времени проверки расхода на ноль.

Фаза «Авария нет нагрева» возникает в фазе «нагрев», если в течение задаваемого в ПУ времени проверки температура на входе выдержки не повышается на 1°C.

Фаза «Авария pH» возникает, если в течение задаваемого в ПУ времени проверки pH дренажа выходит за задаваемый в ПУ допуск.

Для установки с номинальной производительностью 5 м³/час при температуре дренажа на входе в установку 21°C и постоянной температуре теплоносителя 91,5°C расход теплоносителя должен быть не менее 5,2 м³/час (для температуры дренажа на входе 21°C). При более низких параметрах теплоносителя расход дренажа будет ниже номинального.

Теплоноситель подключается к верхнему входу теплообменника 5, «обратка» теплоносителя - к нижнему входу теплообменника 5.

Установка, а также входящий в нее котел 6 должны быть подключены к 3-х фазной сети 380 В, диаметр подводящих медных проводов к щиту котла дезинфектора не менее 20 мм² .

Заявляемая установка позволяет произвести эффективное обеззараживание дренажной воды при сниженном энергопотреблении и является неотьемлимой частью системы безотходного использования дренажных вод.