Способ очистки природных и сточных вод и установка для его осуществления

 

Использование: для очистки природных и сточных вод. Сущность изобретения: очищаемую воду подвергают механической очистке на просеивающих поверхностях с использованием грохота, дугового сита и вакуум-фильтра с последующей операцией механической обработки и активации с аэрацией воздухом в механических дезинтеграторах-активаторах и механическом аэротенке, электрохимической очистке с электрической обработкой и выводом примесей, электро-механической и гидродинамической активации с повторной электро-химической очисткой и одновременной электрической обработкой и выводом примесей, обработкой в электрическом поле, раздельным фильтрованием кислой и щелочной воды с последующим объединением вод, озонированию и контрольной фильтрации в вакуум-фильтре. Изобретение позволяет при относительно небольших затратах повысить степень очистки природных и сточных вод с обеспечением комплексности вывода примесей. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил., 4 табл.

Изобретение относится к способам очистки природных и сточных вод и может быть использовано в системах водоснабжения городов, населенных пунктов, предприятий различных отраслей промышленности.

Известны способы очистки водных систем путем: отстаивания, аэрирования воздухом, фильтрования через пористую загрузку с периодической ее промывкой, подачи воды и воздуха в противотоке; подкисления, контактирования стоков с железными стружками при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний; двухступенчатого фильтрования, введения коагулянта при создании турбулентности, вибрации потока или подачи в поток сжатого воздуха; подкисления до pH 1-7 с последующим разделением водной и масляной фаз при подогреве воды до 40 100^oC, разделения воды и масла флотацией или отстаиванием и фильтрацией; очистки воды в поле центробежной силы, фильтрации, отстоя или введения щелочного раствора и флокулянта-полиакриламида; механического осветления, биологической очистки, флотации; коагулирования, отстаивания и фильтрации; механической очистки, обработки в электрическом поле в две ступени в напорном флотаторе; флотационной очистки воды, подачи раствора коагулянта и воздуха;
биологической очистки в аэротенках, пенного фракционирования стоков и обезвоживания пенных продуктов, при этом вводят высокомолекулярные гидродинамически активные добавки полиакриламид.

Перечисленные способы позволяют очищать воду от какого-либо одного загрязняющего вещества, требуют промывки и пополнения пористой загрузки, иначе эти способы периодической очистки водных систем, не позволяют извлекать одновременно хотя бы группу примесей, используют постоянно требующиеся добавки; требуют достаточно интенсивного прогрева всей массы воды или определенного химического вмешательства (создание кислой или щелочной среды, введения химических веществ для коагулирования и флокуляции загрязнений); требуют больших площадей для флотации, отстаивания, биологической очистки.

При реализации этих способов очистки воды неизбежно вторичное загрязнение воды от вводимых химических веществ при достаточно низкой степени извлечения всех загрязнений и вредных примесей.

Также известны способы очистки природных и сточных вод путем:
озонирования в присутствии сульфидов меди и никеля в соотношении (1,5-3,0): 1;
озонирования с добавлением минеральных солей;
подачи в воду озоно-воздушной смеси при температуре 10-12^oC и обработки воды при температуре 45-60^oC;
озонирования в присутствии катализаторов;
озонирования в щелочной срезе (непрерывный слив стоков на раствор щелочи) при нагреве воды до 50-60^oC;
озонирование в присутствии катализаторов (ионов железа, церия, циркона) с добавлением ионов кальция для образования нерастворимых ортофосфатов;
озонирования в вихревом слое ферромагнитных частиц с использованием различного рода катализаторов;
озонирования в щелочной среде в присутствии гидроксида кальция и гидроксида магния;
применения вспененного полистирола и озонирования при концентрации озона 13-40 мг/л и времени контакта 2-2,5 мин.

Указанные способы также позволяют очищать воду и стоки от какого-либо одного загрязняющего вещества; требуют использования различных биологических (которые на всех широтах России из-за климатических условий использованы быть не могут) и химических веществ, которые после их использования трудно извлечь из воды, либо их необходимо регенерировать, утилизировать; требуют использования микрофильтров, минеральных солей и химически растворимых в воде веществ. Для применения и использования озонирования в голове процесса очистки вод необходимы неоправданно большие дозы озона и озоно-воздушной смеси. А при нагреве всей массы воды это связано с очень быстрым почти полным распадом озона еще на предварительной стадии.

Практика очистки вод убедительно доказала необходимость отказа от использования неподвижных и вращающихся решеток, от улавливания волокнистых и иных материалов в существующих волокноуловителях, от метода отстаивания твердых и жидких примесей. Использование центробежных аппаратов чаще малоэффективно из-за того, что в высокотурбулентных потоках выделяющиеся твердые примеси не в состоянии коагулироваться, а наоборот, среда поддерживает их во взвешенном состоянии. Применение целого набора коагулянтов не решает в полной мере вопросов повышения глубины очистки стоков.

Микрофильтры, у которых основным рабочим органом является микросетка, характеризуются исключительно быстрой забивкой и заилением отверстий сетки. Регенерация таких рабочих поверхностей представляет особую сложность.

Все типы зернистых фильтров, в том числе и скорые фильтры, требуют больших затрат измельченной и классифицированной по крупности загрузки, что связано с содержанием складов, подъемно-транспортного оборудования, регулярной регенерации загрузки, хотя бы методами промывки и последующей очистки промывочных вод и в конечном счете требуют решения вопросов утилизации использованной загрузки. На сегодняшний день нет надежно работающих аппаратов и машин для механической очистки стоков.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является "Способ очистки природных вод и установка для его осуществления", (1).

Известный способ, включающий озонирование, коагуляцию, осветление, фильтрование и обеззараживание, с целью повышения степени очистки от растворенных соединений, перед озонированием воды последнюю подвергают обработке естественным биоценозом и микрофильтрации со скоростью движения 0,2-0,6 м/с. Вода с указанной скоростью пропускается через естественный биоценоз, где из воды осаждаются клетки фито- и зоопланктона. Развиваясь и накапливаясь, они поглощают из воды растворенные органические загрязнения. По мере накопления насыщенные частицы созревшего биоценоза выносятся водой на микрофильтр, где механически задерживаются и отделяются от воды. Далее воду обрабатывают озоном, выпавшие осадки коагулируют, подвергают осветлению, фильтруют и обезвреживают хлором.

Для реализации данного способа установка для очистки природных вод, известная из прототипа, содержит последовательно установленные контактную камеру, отстойник, песчаный фильтр, устройство для обеззараживания, а также снабжена установленным перед контактной камерой микрофильтром с приемным каналом, в котором размещается секция обработки воды естественным биоценозом.

Недостатком известного способа и установки является низкая эффективность очистки воды от растворенных соединений и примесей, при этом хлопья биоценоза разрушаются при транспортировке на микрофильтр, частицы биоценоза меньше минимального размера пор микрофильтра, проходя в воду, вызывают вторичное ее загрязнение, при этом необходимы достаточно большие площади, а, следовательно, и весьма большие крытые и отапливаемые помещения, так как при отрицательных температурах биоценоз гибнет. Применение микрофильтрации не дает ожидаемого эффекта ввиду быстрой и плотной забивки примесями пор фильтров. Насыщенная органикой вода требует для окисления примесей огромных расходов озона и озоно-воздушной смеси. Экономически же и технологически выгодно обрабатывать озоном очищенную от органики воду. Перемешивание же озоно-воздушной смеси с водой методами барботирования малоэффективно. А скорые безнапорные фильтры относительно слабо улавливают тонкодисперсные взвеси, даже если они хлопьевидной формы. И наконец, хлорирование не приносит никакой пользы.

Хлорирование воды в России наиболее распространенный метод обеззараживания воды с 1910 года. Учитывая непредсказуемые колебания содержания примесей, вредных веществ, органики и бионики в водах, невозможна точная дозировка хлора и хлорсодержащих веществ при обработке водных систем. В большинстве случаев при взаимодействии хлора с органическими веществами и бионикой образуются вторичные весьма токсичные химические соединения. Наличие остаточного хлора и его токсичных производных при постоянном приеме в пищу вызывают необратимые, все усиливающиеся отрицательные последствия в организмах человека, животных и растений. От общего ослабления и снижения иммунных способностей до распада тканей, образования экзем и влияния на генетику вот неполный спектр результатов влияния хлора и его производных на живые организмы. Использование в технике подобной очистки воды приносит только отрицательные результаты от коррозии и растворения металлов до нарушения технологических процессов и снижения качества выпускаемой продукции. При хлорировании воды хлор производит выборное отравление жизненных центров бактерий, причем довольно медленное из-за необходимости длительного времени диффузии к цитоплазме. С повышением интенсивности хлорирования постепенно увеличивается число отмирающих микроорганизмов. Уничтожение большинства вирусов двуокисью хлора возможно при дозе не ниже 1 мг/л. Возбудители полиомиелита уничтожаются при содержании хлора более 1 мг/л за время обработки не менее 3 ч. Хотя хлор и двуокись хлора обеспечивают достаточное действие, но не позволяют производить вирулицидную обработку, так как инактивация вирусов соединениями хлора требует весьма высокой концентрации и значительной продолжительности контакта порядка 48-72 ч.

После обработки хлором вода имеет зеленовато-желтую окраску и порой неприятный привкус и запах из-за вторично образовавшихся фенолов.

В основу изобретения положена задача разработать способ очистки вод с обеспечением комплексности вывода примесей безреагентным нехимическим путем, то есть без применения твердых и жидких химических реагентов, а также обеспечение повышения степени и глубины очистки, универсальности применения, компактности при технической реализации разработанного способа очистки природных и сточных вод.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки природных и сточных вод, включающем коагуляцию, осветление, фильтрование и обеззараживание, согласно изобретению, очищаемую воду подвергают двум этапам очистки. Предварительный этап включает, по крайней мере, две операции механической очистки на просеивающих поверхностях с последующей фильтрацией в вакуум-фильтре. Основной этап включает, по крайней мере, две операции электро-химической очистки воды с одновременной ее электрической обработкой и удалением примесей, при этом перед первой операцией проводят, по крайней мере, одну механическую дезинтеграцию-активацию с одновременной аэрацией воздухом, а перед второй операцией проводят, по крайней мере, одну операцию электро-механической и гидродинамической активации. После второй операции электро-химической очистки воду обрабатывают электрическим полем с разделением ее на два потока кислый и щелочной с раздельной фильтрацией этих потоков и их последующим объединением для обеспечения нейтральной реакции, после которого воду направляют, по крайней мере, на одну операцию озонирования с последующей контрольной фильтрацией.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью установки для очистки природных и сточных вод, содержащей фильтр, контактную камеру, устройство для обеззараживания, согласно изобретению, она снабжена, связанными между собой транспортными средствами, просеивающими поверхностями, вакуумным фильтром предварительной очистки, по крайней мере, двумя аппаратами электро-химической очистки, причем перед первым установлены, по крайней мере, один механический дезинтегратор-активатор, эжектор и механический аэротенк, а перед вторым, по крайней мере, один электро-механический дезинтегратор-активатор и гидродинамический активатор, аппаратом обработки воды электрическим полем, вакуум-фильтром для кислого потока, вакуум-фильтром для щелочного потока воды, по крайней мере, одним озонатором и вакуум-фильтром контрольной фильтрации. Причем просеивающие поверхности представляют собой вибрационный (инерционный) грохот и дуговое сито, а в качестве фильтров используют барабанный или дисковый вакуум-фильтры. Кроме того, механический аэротенк состоит, по крайней мере, из двух камер аэрации, каждая из которых укомплектована аэратором (блоком), включающим импеллер, статор, корпус, вал с подшипниковыми узлами, механизмом регулировки расхода воздуха и воды, шкив и электродвигатель, при этом на входе в механический аэротенк установлен эжектор для регулировки подачи воздуха при аэрации воды.

Причем механический дезинтегратор-аэратор включает в себя устройство для приема воды, корпус, в котором на одной горизонтальной оси установлены подвижные диски (роторы) с рабочими элементами механического воздействия на воду, вращающиеся в разные стороны и патрубки выпуска обработанной воды.

При этом гидродинамический активатор представляет собой трубку Вентури с установленным в ней кавитатором.

Кроме того, аппарат электро-химической очистки воды камерного или колонного типа содержит корпус с устройством приема воды, по крайней мере, один блок электродов, пластины, ламинаризующие режим движения потока, механизм удаления пенного продукта примесей и устройство для вывода очищенной воды.

При этом, электро-механический дезинтегратор-активатор роторного или пакетного типа включает в себя корпус с устройством для приема воды, по крайней мере, два блока электродов, прерыватель электрического тока и устройство для выпуска обработанной воды [21, 22]
Кроме того, аппарат для обработки воды электрическим полем включает в себя корпус с устройством для приема и выпуска обработанной воды, по крайней мере, два электрода, разделенные диафрагмами и создающими рабочие зоны скопления кислой и щелочной воды, раздельно выводимых из аппарата.

А контактные камеры состоят из корпуса, устройства приема и выпуска обработанной озоно-воздушной смесью воды, по крайней мере, двух эжекторных устройств для подачи и перемешивания с водой озоно-воздушной смеси и устройства для периодического выпуска накапливающихся осадков.

Природная вода и стоки, требующие очистки, в качестве жидкой среды содержат воду как минимум в двух качественных состояниях. Это так называемая "жидкая" вода, все молекулы которой не связаны между собой, либо связь эта весьма слабая, и "кристаллическая" вода, льдоподобная, имеющая ту или иную структуру образований, подобных жидким кристаллам, в которых молекулы воды внешними молекулярными полями связаны друг с другом. Последние находятся в окружении "жидкой" воды в динамическом равновесии. Сами же образования - сгустки молекул представляют комплексы (кластеры). Введение операций механической дезинтеграции-активации создает условия для разрушения кластеров (комплексов) и перевода большей их части в состояние "жидкой" воды. Такая вода химически более активна, может участвовать либо в качестве катализатора, либо непосредственно в различных превращениях растворенных и присутствующих веществ, в различных видах трансформации органических и неорганических водных примесей. В зависимости от интенсивности, режимов, длительности дезинтеграции-активации вода может способствовать усилению окислительно-восстановительных реакций, оказывать каталитическое действие на добавляемый в воду озон и кислород, усиливать явления коагуляции примесей и тем самым способствовать основной цели очистке воды от примесей.

Введение операций электро-механической дезинтеграции-активации создает условия для большей подвижности водных молекул. Молекулы, освобожденные от взаимного влияния, обладают большей подвижностью и внешние молекулярные поля молекул не связаны и могут участвовать в механо-химических реакциях. Схематически молекулы как бы отодвигаются друг от друга на иные уровни. Активированная вода не допускает такого явления как облитерация закупорка капилляров комплексами молекул жидкости.

Гидродинамическая аэрация механически очищенных вод осуществляется с целью насыщения воды атмосферным воздухом, усиливающим окислительные процессы. В активированной воде при извлечении примесей и выводе части примесей в пенный продукт без применения воздуходувок и химических реагентов осуществляется с достаточно большой эффективностью.

Электро-химическая очистка стоков основана на их электролизе. На катоде при этом происходит выделение газообразного водорода, разряд растворенных в воде ионов металлов с образованием катодных осадков соответствующих металлов, восстановление присутствующих в воде ионов и органических веществ с образованием новых веществ и ионов. На анодах в зависимости от солевого состава вод и условий электролиза выделяется кислород и галогены, окисляются некоторые присутствующие в воде ионы и органические вещества с образованием новых ионов и веществ, то есть наблюдается определенная трансформация и деградация примесей. Многие растворенные примеси переходят в нерастворимое состояние, выпадая в осадок или находясь во взвешенном состоянии. Последние концентрируются в пенный продукт тонкодисперсными газовыми пузырьками и могут быть извлечены и выведены из аппарата. При электролизе сточных вод, содержащих различные диспергированные, в том числе эмульгированные примеси, наблюдается электрофорез, разрядка и коагуляция коллоидных частиц.

Аппаратурное оформление позволяет легко регулировать степень воздействия различных факторов на качественные показатели обрабатываемой воды. Так плавное изменение величины электрического тока позволяет в широких пределах регулировать физико-химическое воздействие электрической энергии. Применение огражденных электродов позволяет насыщать по выбору или относительно инертным катодным газом-водородом, или химически активным анодным газом кислородом. Высокая дисперсность пузырьков при этом обеспечивает огромную площадь контакта между газом и жидкостью при сравнительно небольшом расходе газа. Регулировка газового режима позволяет оперативно изменять ход и скорость окислительно-восстановительных реакций и интенсивность электрической обработки очищаемой воды. Равномерность распределения газовых пузырьков по всему объему рабочей камеры гарантирует постоянство эффекта электро-химической очистки и воздействия на всю массу очищаемой воды. Применение диафрагм, мембран позволяет не допускать контакт между водой и поверхностью анода, чем исключаются электро-химические реакции окисления.

Коагуляцию примесей наблюдают после прохождения очищаемой воды: механического дезинтегратора-активатора, гидродинамического активатора (трубки Вентури), механического аэротенка, аппарата электро-химической очистки и электрической обработки, аппарата обработки воды в электрическом поле.

После каждой операции механической очистки вода в определенной степени осветляется, после механического аэротенка, аппаратов электро-химической очистки, фильтрации воды после обработки ее в электрическом поле и, наконец, после контрольной фильтрации. Этап за этапом, после каждого извлечения из воды примесей вода все больше осветляется пока не достигнет требуемой степени осветления.

Обеззараживание, иначе уничтожение того или иного вида бионики, осуществляется с ростом воздействия на воду и с ростом степени привноса в воду того или иного вида энергии. Всю присутствующую в воде бионику (микроорганизмы, одноклеточные, бактерии, вирусы) подвергают постоянному воздействию и уничтожению при: механической дезинтеграции-активации, гидродинамической активации, электро-механической дезинтеграции-активации, электрической обработке при электролизе, обработке в электрическом поле и, наконец, при озонировании.

Ценность и практическая значимость электро-химической очистки стоков в том, что при электролизе протекает одновременно ряд физико-химических процессов, вызванных электрической обработкой водных систем, имеется возможность несложного выделения примесей, что обуславливает высокий эффект очистки природных и сточных вод. Деструктивное окисление органических молекул на аноде часто сопровождается полным распадом с образованием углекислого газа, воды аммиака и других продуктов. В других случаях происходит анодное окисление органических и неорганических веществ с образованием более простых по составу нетоксичных продуктов. Так анодное окисление фенолов происходит до малеиновой кислоты, цианидов до цианатов, сульфидов до сульфатов и т.д.

Озонирование является незаменимым способом обеззараживания вод. Доза озона, необходимая для обеззараживания воды, зависит от содержания в воде органических и неорганических примесей, от температуры воды, от величины активной реакции воды pH. Продолжительность контакта озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой колеблется от 5 до 15 мин сообразно с типами установок, их производительностью и степенью загрязненности воды. Все виды бактерий погибают при содержании озона 2 8 мг/л, поддерживаемого в течение 1 3 мин. Озон оказывает резко выраженное, быстрое и радикальное воздействие на многие вирусы. Механизм этого явления объясняется полным окислением вирусной материи. Озон более действен для устранения микроводорослей и простейших, чем любой другой окислитель. Доза озона 8 15 мг/л за три минуты разрушает все виды простейших организмов, даже тех, которые сохраняют стойкость при обработке воды дозой хлора 200 мг/л в течение продолжительного времени. При этом 20 минутный контакт озона с водой во всех случаях доводит цветность воды до стандарта (20 град).

Обработка воды избыточным количеством озона не влечет за собой никаких нежелательных явлений. Избыточный озон, будучи нестойким, превращается в кислород в течение нескольких минут.

Заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом, так как именно наличие различных видов активатора и механических дезинтеграторов создает условия для очистки сточных вод практически от всех видов примесей.

Соответствие заявляемого изобретения требованию "новизна" обуславливается тем, что совокупность его существенных признаков не идентична совокупности существенных признаков прототипа.

Соответствие заявляемого изобретения требованию критерия "изобретательский уровень" обусловлено тем, что совокупность его отличительных признаков обеспечивает: хорошие санитарные показатели; компактность установки при техническом выполнении не требует больших площадей территории, не зависит от климатических условий; не зависит от колебаний содержания примесей в очищенных водах; простоту регулировки и применимость для всех вод и стоков; глубокую и полную дезинфекцию вод, уничтожает все болезнетворные микробы, бактерии, одноклеточные и простейшие микроорганизмы, то есть уничтожает всю вредную для жизнедеятельности растений, животных и человека бионику; не требует применения химических веществ и реагентов, а также таких веществ как: измельченный кварц, дробленые и измельченные активные вещества, полистирол, активные илы др. максимальное насыщение очищаемой воды кислородом; регулировку по pH очищаемой воды по операциям очистки и очищенной воды; глубокую и полную дезодорацию очищенных вод и подчиняется полной автоматизации; обработка воды избыточным количеством озона не влечет за собой нежелательных последствий, избыточный озон, будучи нестойким, превращается в кислород в течение нескольких минут, что явным образом не следует из известного уровня техники.

На фиг. 1 изображена схема цепи аппарата установки для осуществления способа; на фиг. 2 технологическая схема очистки воды; на фиг. 3 - механический аэротенк; на фиг. 4 аппарат электро-химической очистки камерного типа; на фиг. 5 аппарат электро-химической очистки колонного типа; на фиг. 6 электро-механический дезинтегратор-активатор роторного типа; на фиг. 7 электро-механический дезинтегратор-активатор пакетного типа; на фиг. 8 гидродинамический активатор; на фиг. 9 аппарат обработки воды электрическим полем; на фиг. 10 изображена контактная камера колонного типа.

Установка для очистки природных и сточных вод (Фиг. 1) содержит насосную станцию 1 первого подъема, приемную емкость 2, вибрационный грохот 3, дуговое сито 41 и барабанный или дисковый вакуум-фильтр 5, которыми осуществляется механическая предварительная очистка водной системы от твердых примесей и взвесей (иначе первый этап очистки), насос 6 для подачи механически очищенной воды в приемную емкость 7, механический дезинтегратор-активатор 8, приносящий в водную систему механическую энергию, разрушающий сгустки молекул стоков (кластеры) и активирующий очищаемую воду, насос 9, подающий механически активированную воду в эжектор 10, засасывающий и перемешивающий с водой атмосферный воздух, механический аэротенк 11, завершающий механическую обработку воды и ее аэрацию с выделением примесей, аппарат электро-химической очистки 12, извлекающий из воды (иначе второй этап очистки) примеси и одновременно проводящий электрическую обработку воды, электро-химический дезинтегратор-активатор 13, осуществляющий более глубокую дезинтеграцию-активацию очищаемой воды, насос 14, подающий воду в гидродинамический активатор 15, аппарат электро-химической очистки и электрической обработки воды 16, насос 17, аппарат для обработки воды в электрическом поле 18, вакуум-фильтр кислой воды 19, вакуум-фильтр фильтрации щелочной воды 20, объединенные потоки воды насосом 21 подаются в эжектор 22, засасывающий озоно-воздушную смесь и перемешивающий ее с водой, озонатор 23, контактную камеру колонного типа озонирования воды 24, вакуум-фильтр 25 контрольной фильтрации очищенной воды, приемную емкость 26 очищенной воды, насосную станцию 27 второго подъема, ленточный фильтр 28 для обезвоживания выделенных из воды примесей и насос 29 для возврата воды в головку процесса очистки (Фиг. 2).

Механический аэротенк 11 не требует при работе использования воздуходувок и компрессоров (Фиг. 3) и состоит, по крайней мере, из двух камер аэрации 30. В каждой камере установлен аэратор (блок), содержащий импеллер 31, статор 32, корпус 33, вал с подшипниковыми узлами 34, шкив 35 и электродвигатель 36 и для вывода примесей в виде пенного продукта пеногон с приводом 37. Центральная труба корпуса 33 в нижней части заканчивается расширением, называемым надимпеллерным стаканом, и по сути является трубой Вентури. Надимпеллерный стакан имеет два диаметрально расположенных отверстия, степень открытия которых регулируется заслонками 38 механизма регулировки расхода засасываемого воздуха и воды. Обрабатываемая вода подается в надимпеллерный стакан. Отверстия стакана, как и отверстия в статоре, предназначены для подачи на импеллер циркуляционного потока воды для привнесения в водную систему механической энергии и перемешивания (аэрации) воды с засасываемым воздухом. Наличие статора 32 с косонаправленными лопатками, расположенными почти тангенциально выбрасываемому потоку воды с газовыми включениями, и подача на импеллер 31 циркулирующего потока стоков через отверстия в статоре 32, и регулируемые отверстия корпуса блока (в надимпеллерном стакане) позволяет максимально увеличить расход засасываемого воздуха и обеспечить поступление в аэротенк с двух сторон до 2 м³/мин на 1 м³ вместимости камеры без использования компрессоров и воздуходувок.

Аппарат электро-химической очистки камерного типа (Фиг. 4) 12, 16 включает в себя устройство приема воды 39, многокамерный (в данном случае пятикамерный) корпус 40, механизм вывода пенного продукта 41, электроды 42, пластины, ламинаризующие режим движения воды 43 и приспособление вывода очищенной воды 44.

Аппарат электро-химической очистки колонного типа (фиг. 5) 12, 16 включает в себя патрубок приема очищаемой воды 45, корпус-колонну 46, набираемую из отдельных элементов-шахт, блоки электродов 47, пластины ламинаризации режима движения потока 48, патрубок впуска очищенной воды 49 и устройство приема и вывода пенного продукта 50.

Электро-механический дезинтегратор-активатор (фиг. 6) роторного типа 13 [21] включает приемное устройство для воды 51, корпус 52, состоящий из двух частей, объем рабочего пространства и зазор между электродами обеспечивается сменным кольцом, диски (роторы) 53 с электродами, причем один из них подвижный, другой неподвижный, устройство для выпуска обработанной воды 54.

Электро-механический дезинтегратор-активатор 13 (фиг. 7) пакетного типа [22] включает трубу 55, подводящую воду, корпус 56 с внутренним рабочим пространством в виде прямоугольного параллелепипеда, внутри которого параллельно оси установлены пластины 57 с электродами (пакет), пластины крепятся в пазах-контактах, трубу вывода 58 обработанной воды.

После электро-механического дезинтегратора-активатора насосом 14 воду подают в гидродинамический активатор 15. Гидродинамическую активацию жидкости осуществляют с привлечением кавитации, повышения и понижения давления, микрогидроударов и реализуют в устройстве типа трубки Вентури (фиг. 8), и усиливают эффект обработки воды введением в трубку Вентури того или иного типа кавитатора. Гидродинамический активатор 15 состоит из разъемного корпуса 59 и кавитатора 60.

Аппарат для об работки воды электрическим полем 18 (фиг. 9) состоит из устройства приема воды 61, по крайней мере, пары электродов 62, установленных в корпусе 63, диафрагм 64, разделяющих электроды и создающих три рабочие зоны: зону поступления воды, зону скопления кислой воды, зону скопления щелочной воды, устройство выпуска воды 65 (кислая и щелочная вода раздельно выводятся из устройства).

Контактная камера 24 (фиг. 10) состоит из приемного устройства 66 воды, выпускного устройства воды 67, корпуса в виде колонны 68, вихревых насосов 69, эжекторов 70 смешения воды с озоно-воздушной смесью и выпускного отверстия 71 для периодического вывода осадка.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Из насосной станции первого подъема 1 очищаемую воду подают в приемную емкость 2, где гасится скорость движения воды и она равномерно распределяется по просеивающей поверхности вибрационного грохота 3. Вибрационный грохот 3 выделяет крупные фракции твердых частиц, присутствующих в стоках. Выделенная твердая фаза (надрешетный продукт грохота) направляется на обезвоживание. Подрешетный продукт грохота 3 поступает на дуговое сито 4, где в надрешетный продукт выделяется твердая фаза очищаемой воды средней и мелкой крупности. Надрешетный продукт дугового сита 4 направляется на обезвоживание, а подрешетный продукт (вода) подается на фильтрование в вакуум-фильтр 5 (барабанный или дисковый), где выделяются мелкие и тонкодисперсные частицы из очищаемой воды. Осадок или кек фильтра 5 направляется на обезвоживание. Фильтрат (вода) насосом 6 подается в приемную емкость 7 второго этапа очистки воды. Из приемной емкости 7 вода поступает на механическую дезинтеграцию-активацию в аппарат 8. После механической дезинтеграции-активации вода насосом 9 подается в эжектор 10. В эжекторе 10 при движении воды создается разрежение, за счет чего происходит засасывание атмосферного воздуха, а за счет повышенной турбулентности осуществляется качественное перемешивание воздуха с водой, диспергация воздушных пузырьков и их равномерное распределение по объему воды. Расход засасываемого воздуха регулируется воздушным краном на входе в эжектор 10. Из эжектора 10 аэрированная вода попадает через приемное устройство механического аэротенка 11 в корпус 33 аэратора, захватывается импеллером 31, раскручивается и выбрасывается радиально через статор 32 в пенную камеру. При этом аэратор (блок) дополнительно засасывает атмосферный воздух и осуществляет кроме механической обработки воды дополнительную аэрацию воды. Объем пены и вывод этой части примесей осуществляется пеногоном 37 пенной камеры.

Активированная и частично очищенная вода из механического аэротенка 11 поступает в аппараты электро-химической очистки 12 камерного (фиг. 4) или колонного (фиг. 5) типа.

Извлеченные и выделенные примеси направляются на обезвоживание.

Частично очищенная вода подвергается электро-механической дезинтеграции-активации в аппарате 13. Вода поступает в приемное устройство роторного 51 (фиг. 6) или пакетного 55 (фиг. 7) дезинтегратора-активатора, проходит рабочую камеру между электродами 53 (57) и разгружается через выпускное устройство 54 (58). Дезинтеграция-активация воды достигается совокупностью одновременного воздействия факторов: электрическим разрядом тока, возникающим при этом магнитным полем, гидравлическим ударом, высокой температурой разряда и воздействием кавитации. При дезинтеграции-активации в роторном электро-механическом дезинтеграторе-активаторе двигатель (не показанный на фиг. 6) передает вращение через муфту подвижному ротору, при этом на клеммы подается электроэнергия. В приемное устройство 51 подается обрабатываемая вода, которая через центральные окна подвижного ротора 53 движется от центра к периферии и подвергается при этом воздействию электрического поля и прерывистых искровых разрядов.

При дезинтеграции-активации воды в пакетном электро-механическом дезинтеграторе-активаторе обрабатываемый поток подается по трубопроводу 55 в рабочее пространство аппарата 13 и, проходя между пластинами с электродами 57, подвергается многократному воздействию разрядов в промежутках между электродами. Частота и длительность разрядов регулируется командно-прерывающим устройством (не указан на чертеже Фиг. 7). После обработки вода насосом 14 подается в гидродинамический активатор 15. При прохождении воды через данное устройство в суженом месте давление в потоке понижается. Кавитатор (Фиг. 8) 60 усиливает эффект понижения давления. При этом из воды выделяются растворенные газы и пары воды. При переходе воды в расширяющийся канал корпуса 59 давление повышается, парогазовые пузырьки схлапываются, газ растворяется, а пар конденсируется. Кавитатор 60 усиливает описанный процесс до возникновения развитой кавитации и возникновения кавитационной каверны в потоке. Обработанный поток поступает в аппарат электро-химической очистки 16 камерного или колонного типа (Фиг. 4 и 5). Примеси в виде пенного продукта поступают на обезвоживание, а частично очищенная вода насосом 17 направляется в аппараты 18 для обработки ее электрическим полем (Фиг. 9), где разделяется на кислую и щелочную воду. При этом, пройдя приемное устройство 61, вода поступает в приемную зону аппарата 18. Под действием электрического поля, созданного электродами 62, с помощью диафрагм 64 вода разделяется на кислую и щелочную и выводится раздельно через патрубки 65 корпуса 63. При этом в каждой из вод концентрируются и выпадают в осадок определенные вещества недоизвлеченные примеси.

После электрической обработки кислая вода поступает на фильтрацию в вакуум-фильтр 19, а щелочная вода в вакуум-фильтр 20, после чего обе воды объединяются и насосом 21 подаются в эжектор 22. С помощью озонаторов 23 получают озоно-воздушную смесь. Вода, проходя через эжектор 22, создает в рабочей камере эжектора разрежение и озоно-воздушная смесь засасывается и перемешивается с водой, а окончательное перемешивание и озонирование воды производится в контактной камере 24 (Фиг. 10). Вода, поступающая на озонирование, подается в приемную трубу 66 контактной камеры, вихревые насосы 69 производят циркуляционную перекачку воды из корпуса 68 выше уровня подачи воды в контактную камеру в эжекторы 70. В эжекторы 70 при этом засасывается дополнительное количество озоно-воздушной смеси и перемешивается с водой, смесь направляется обратно в корпус 68 в донную часть контактной камеры. В результате осуществляется тщательное перемешивание воды с озоно-воздушной смесью и контакт между газом и водой. Аэрированная озоно-воздушной смесью вода движется вертикально вверх, при этом озон полностью расходует свою химическую энергию на воду, вода разгружается через патрубок 67, а накапливающиеся осадки выводятся периодически через данный патрубок 71.

Очищенная вода подвергается контрольной фильтрации в вакуум-фильтре 25, осадок фильтра направляется на обезвоживание, а фильтрат (чистая вода) через приемную емкость 26 насосом 27 насосной станции второго подъема направляется потребителю.

Все извлеченные из воды примеси транспортными средствами направляются на обезвоживание, например, в ленточный фильтр 28, обезвоженные примеси поступают на утилизацию, а выделенная при этом вода, как исходная (по составу) возвращается насосом 29 на очистку.

Способ осуществляется следующим образом.

Очищаемая вода подвергается двухстадийной механической очистке и фильтрации. Механическая очистка природных и сточных вод применяется как предварительная и обеспечивающая удаление большинства твердых взвешенных веществ (на 90-95% ), а также снижающая биологическую потребность кислорода (или бактериальную предельную концентрацию) БПК сточных вод на 20-30% После этого очищаемая вода подвергается механической дезинтеграции-активации и механически обрабатывается с одновременной аэрацией воздухом, затем подвергается электро-химической очистке с извлечением и выводом примесей и одновременной электрической обработкой воды.

Частично очищенная вода подвергается электро-механической дезинтеграции-активации и далее гидродинамической активации с последующей электро-химической очисткой, выводом примесей и одновременной электрической обработкой воды.

Выделенные и извлеченные примеси направляются на обезвоживание и утилизацию.

Очищенная вода обрабатывается в электрическом поле с разделением на кислую и щелочную, последние раздельно подвергаются фильтрации. После фильтрации кислая и щелочная воды объединяются для обеспечения нейтральной реакции.

Чистая вода подвергается озонированию с последующей контрольной фильтрацией. Окончательно очищенная вода направляется потребителю или сливается в естественный водоем.

Для испытаний предлагаемого способа очистки природных и сточных вод была изготовлена опытно-экспериментальная установка производительностью 50 л/ч по схеме заявляемой установки для осуществления предлагаемого способа. Данная установка испытана в промышленных условиях на наиболее трудно очищаемых стоках: целлюлозно-бумажного и рыбоконсервного заводах (г. Томари и г. Холмск Сахалинской области), свинокомплекса и бройлерной птицефабрики совхоза "Некрасовский" г. Хабаровск. Все анализы выполнялись лабораториями заказчиков и дублировались лабораториями санэпидстанций и Госкомприроды. Результаты испытаний приводятся ниже. Проведенные испытания подтвердили соответствие заявляемого способа и установки для его осуществления критерию "промышленная применимость".

Следует отметить, что при очистке стоков бройлерной птицефабрики в исходной воде были обнаружены бактерии сольманелеза. В очищенной воде следов бионики обнаружено не было. Также, при очистке стоков свинокомплекса в исходных водах были обнаружены эмбрионы холеры, в очищенной воде их не было. Подтверждено, что предлагаемый способ при практической его реализации на установке для его осуществления уничтожает все бактерии, микроорганизмы, в общем всю вредную бионику при очистке стоков.

Анализ результатов приведенных примеров позволяет сделать следующие выводы.

Изобретение при относительно небольших затратах повышает степень очистки воды в 5-8 раз по сравнению с существующими способами очистки вод с обеспечением комплексности вывода примесей безреагентным, нехимическим путем. Оно универсально при применении, компактно при технической реализации, подчиняется полной автоматизации. При этом каждая предыдущая операция обработки воды является в некотором смысле катализатором успешного проведения последующих операций очистки, что обеспечивает практически полное удаление из очищаемых вод взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических соединений, хлоридов, азота аммонийного, фосфатов, нитратов, нитритов, бионики, аммиака, железа, СПАВ, токсичных веществ, ядохимикатов, болезнетворных микробов и бактерий, обеспечивает выполнение требований действующего ГОСТ 2874-73 по цветности, мутности, углероду суммарному. Это определяет значительный экологический эффект. При этом максимальный удельный расход электроэнергии в зависимости от степени загрязнения и трудности очистки находится в пределах 0,5-1,2 кВт·ч/м³ перерабатываемых стоков.

Примечание. В примерах испытаний способа очистки природных и сточных вод и установки для его осуществления схема цепи аппаратов (Фиг. 1) подразделена на четыре стадии:
1-я стадия механическая очистка (этап 1) поз. 1-6;
2-я стадия начальная ступень основного этапа очистки поз. 7-12;
3-я стадия ступень основного этапа очистки поз. 13-16;
4-я стадия последняя ступень основного этапа очистки поз. 17-27.

Пробы для анализов отбирались в конце каждой стадии:
1) поз. 6 в зумпфе перед насосом;
2) поз. 12 частично очищенная вода после аппарата электрохимической очистки;
3) поз. 16 частично очищенная вода после второго аппарата электро-химической очистки;
4) поз. 26 очищенная вода из зумпфа насоса поз. 27.

Формула изобретения

1. Способ очистки природных и сточных вод, включающий этап механической очистки путем фильтрования и озонирования, отличающийся тем, что фильтрование проводят по крайней мере на двух просеивающих поверхностях с последующей фильтрацией в вакуум-фильтре, перед озонированием очищаемую воду подвергают по крайней мере двум операциям электрохимической очистки с удалением примесей и одновременной электрической обработкой воды, при этом перед первой операцией электрохимической очистки проводят по крайней мере одну механическую дезинтеграцию-активацию воды с одновременной аэрацией воздухом и выделением примесей, а перед второй операцией электрохимической очистки проводят по крайней мере одну операцию электромеханической и гидродинамической активации, после операции электромеханической очистки воду обрабатывают электрическим полем с разделением ее на два потока кислый и щелочной с раздельной фильтрацией этих потоков и их последующим объединением, после которого проводят озонирование с последующей контрольной фильтрацией.

2. Установка для очистки природных и сточных вод, содержащая фильтр и контактную камеру для озонирования, отличающаяся тем, что фильтр выполнен в виде связанных между собой транспортными средствами просеивающих поверхностей, установка снабжена вакуум-фильтром предварительного этапа очистки по крайней мере двумя аппаратами электрохимической очистки, установленными перед первым аппаратом электрохимической очистки по крайней мере одним механическим дезинтегратором-активатором, эжектором и механическим аэротенком, установленными перед вторым аппаратом электромеханической очистки по крайней мере одним электромеханическим дезинтегратором и гидродинамическим активатором, аппаратом обработки воды электрическим полем, вакуум-фильтром для кислого потока, вакуум-фильтром для щелочного потока по крайней мере одним озонатором и вакуум-фильтром контрольной фильтрации.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что просеивающие поверхности представляют собой вибрационный грохот и дуговое сито, а в качестве фильтра используют барабанный или дисковый вакуум-фильтр.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что механический аэротенк состоит по крайней мере из двух камер механической обработки и аэрации воды, каждая из которых укомплектована на аэратором, включающим импеллер, статор, корпус, вал с подшипниковыми узлами, механизм регулировки расхода воздуха и воды, шкив и электродвигатель, при этом на входе в механический аэротенк установлен эжектор для регулировки подачи воздуха при аэрации воды.

5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что механические дезинтеграторы-активаторы включают устройство приема воды, корпус, в котором на одной горизонтальной оси установлены подвижные диски с рабочими элементами механического воздействия на воду, вращающиеся в разные стороны, и патрубки выпуска обработанной воды.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что гидродинамический активатор представляет собой трубку Вентури с установленным в ней кавитатором.

7. Установка по п.2, отличающаяся тем, что аппарат электрохимической очистки выполнен камерного или колонного типа и содержит корпус с устройством для приема воды по крайней мере один блок электродов, пластины, ламинаризующие режим движения воды, механизм удаления примесей в виде пенного продукта и устройство вывода очищенной воды.

8. Установка по п.2, отличающаяся тем, что электромеханический дезинтегратор-активатор включает корпус с устройством для приема воды, по крайней мере два блока электродов, прерыватель электрического тока, устройство для выпуска обработанной воды.

9. Установка по п.2, отличающаяся тем, что аппарат обработки воды электрическим полем включает корпус с устройством для приема и выпуска воды, электроды, разделенные диафрагмами и создающими рабочие зоны скопления кислой и щелочной воды, раздельно выводимых из аппарата.

10. Установка по п.2, отличающаяся тем, что контактные камеры состоят из корпуса, устройства приема и выпуска воды, по крайней мере двух эжекторных устройств для подачи и перемешивания с водой озоно-воздушной смеси и устройства для выпуска накапливающихся осадков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12