Линейный каскадный накопитель системы очистки потока жидкости
Полезная модель относится к устройствам для интенсификации работы очистных сооружений биологической очистки сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве или на промышленных предприятиях с большим объемом очищаемых сточных вод. Задачей предлагаемой полезной модели является создание буферного накопителя системы очистки сточных вод, позволяющего эффективно сглаживать резкое повышение концентрации вредных химических веществ, усреднять во времени концентрации вредных веществ для дальнейшей подачи сточных вод в биохимический фильтр. Поставленная задача решается за счет того, что буферный накопитель системы очистки потока жидкости имеет последовательно соединенные между собой накопительные емкости с одним входом и двумя выходами каждая, с одним каналом подачи потока неочищенной жидкости, соединенным с входом первой емкости, с одним выходным каналом аварийного сброса, соединенным с выходом последней емкости, при этом один из выходов каждой накопительной емкости, кроме последней, используется для последовательного соединения с входом другой емкости, а другой выход каждой емкости с помощью канала с заданной пропускной способностью соединен с соответствующим входом линейно-протяженного сумматора-накопителя и далее с биохимическим фильтром. Кроме этого, поставленная задача решается за счет того, что каждая накопительная емкость выполнена с фиксированным объемом.
Полезная модель относится к устройствам для интенсификации работы очистных сооружений биологической очистки сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве или на промышленных предприятиях с большим объемом очищаемых сточных вод.
Одной из основных задач буферных накопителей стоков в очистных сооружениях является максимальное сглаживание всплесков концентрации вредных выбросов, связанных с аварийным залповым сбросом неочищенных стоков [1]. Это необходимо для сохранения в активном состоянии биохимической среды фильтра, используемой для нейтрализации вредных химических веществ. Как правило, при залповом сбросе сточных вод наблюдается резкое повышение концентрации вредных химических веществ, поступающих в биохимический фильтр. Известно, что максимальная концентрация загрязняющей компоненты выброса наблюдается в начальный момент времени, а затем эта концентрация экспоненциально уменьшается во времени. Однако следует отметить, что даже кратковременное превышение концентрации вредных веществ может губительно сказаться на состоянии биохимического фильтра. На фиг.1 представлена система накопления и очистки потока жидкости, имеющая один буферный накопитель 1, биохимический фильтр 2, входной 3, промежуточный 4 и выходной 5 каналы потоков жидкости.
Наиболее очевидным путем ликвидации всплесков концентрации вредных выбросов в данной системе является увеличение емкости буферного накопителя для увеличения объемов накопления неочищенных стоков. Однако экономическая эффективность такого решения будет находиться в весьма ограниченных пределах.
Из предыдущего уровня техники известны различные подходы и решения, направленные на повышение устойчивости работы системы при неравномерном поступлении сточных вод. Известна система биологической очистки [2], снабженная перепускным трубопроводом с запорно-регулирующей арматурой и аэрационной емкостью. Известен способ достижения устойчивости очистки сточных вод [3], в которой с целью обеспечения постоянного расхода отводимой воды из системы «аэротенк-вторичный отстойник», перекачивание производится с помощью эрлифта, отрегулированного на постоянный среднечасовой расход воды. Известное устройство для уменьшения выноса взвешенных частиц [4] включает каркасы с навитыми на них ершами и систему аэрации сточных вод, размещенных в емкостном сооружении. Однако общим недостатком всех указанных технических решений, также как и установки для очистки нефтесодержащих сточных вод [5], является наличие одного буферного накопителя сточных вод, не способного эффективно сглаживать резкие
броски концентрации вредных веществ. Как было отмечено выше, эффективность работы известных систем очистки сточных вод находится в жесткой зависимости от объема буферного накопителя.
Как правило, для увеличения эффективности какой-либо операции или процедуры, необходимо либо ее многократное повторение, либо сегментирование. Следовательно, увеличение объема буферного накопителя может быть осуществлено за счет объединения в единый каскад (комплекс, модуль) двух и более накопителей.
Известны способы и устройства, в которых использованы: секционированность элементов системы очистки сточных вод [6], многоступенчатость очистки сточных вод [7, 8], последовательность в размещении однородных элементов систем очистки [9]. В частности, в способе очистки нефтесодержащих сточных вод [10] повторяющимся элементом являются отстойники и пруды. В отстойниках происходит предварительное отделение нефти от взвешенных частиц. При этом два отстойника имеют выходные каналы в третий отстойник, выполняющий функцию сумматора-накопителя сточных вод. Пруды последовательно соединены между собой и образуют секцию - четырехсекционный пруд-отстойник, в котором происходит доочистка в естественных условиях.
Однако все вышеперечисленные повторяющиеся элементы систем очистки сточных вод являются элементами непосредственно систем очистки, они не применяются для сглаживания всплесков концентрации вредных выбросов, происходящих при аварийных залповых сбросах неочищенных стоков. Поэтому в известных устройствах не решается задача защиты чувствительных биохимических фильтрующих элементов от резких всплесков концентрации вредных веществ.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является многокаскадный струйный усилитель [11, прототип], содержащий последовательно соединенные симметричные элементы с каналом питания, двумя входными и двумя выходными каналами в каждом и дренажную камеру, общую для этих элементов. Известный струйный усилитель является средством пневмогидроавтоматитки и используется для изменения расхода, поступающего на входы последующих каскадов с предыдущих и установления максимального коэффициента усиления.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание буферного накопителя системы очистки сточных вод, позволяющего эффективно сглаживать резкое повышение концентрации вредных химических веществ, усреднять во времени концентрацию вредных веществ для дальнейшей подачи сточных вод в биохимический фильтр.
Поставленная задача решается за счет того, что буферный накопитель системы очистки потока жидкости имеет последовательно соединенные между собой накопительные емкости с одним входом и двумя выходами каждая, с одним каналом подачи потока неочищенной жидкости, соединенным с входом первой емкости, с одним выходным каналом аварийного сброса, соединенным с выходом последней емкости, при этом
один из выходов каждой накопительной емкости, кроме последней, используется для последовательного соединения с входом другой емкости, а другой выход каждой емкости с помощью канала с заданной пропускной способностью соединен с соответствующим входом сумматора-накопителя и далее с биохимическим фильтром.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что емкости расположенные последовательно и объединенные в каскад позволяют увеличить общую емкость буфера накопителя, а в сумматоре-накопителе происходит гашение и взвешенное усреднение с задержкой во времени концентраций вредных веществ в сточных водах, которые затем подаются в биохимический фильтр на очистку.
Линейный каскадный накопитель системы очистки потока жидкости (фиг.2) состоит из входного канала 1 подачи потока неочищенной жидкости, соединенного с входом первой накопительной емкости, N накопительных емкостей 21, 22,...2 N, с одним входом, двумя выходами и фиксированным объемом каждая, последовательно соединенных между собой соответственно N-1 промежуточными каналами 31, 32, 3 N-1, N-входового сумматора-накопителя 4, выход которого каналом 5 соединен с входом биохимического фильтра 6. Кроме этого, N входов сумматора-накопителя с помощью N промежуточных каналов 71, 72,...7N с заданными пропускными способностями соединены соответственно с выходами накопительных емкостей 21, 22,...2N. Выход биохимического фильтра 6 соединен с выходным каналом 8 устройства. Помимо этого, устройство содержит соединенный с выходом последней накопительной емкости выходной канал 9 для аварийного сброса неочищенных стоков.
Система очистки жидкости с линейным каскадным накопителем работает следующим образом. Входной поток неочищенной жидкости через входной канал 1 поступает на вход накопительной емкости 21. Часть поступившего в емкость 21 потока с ее выхода через канал 7 1 с заданной пропускной способностью поступает в сумматор-накопитель 4. Оставшаяся часть потока жидкости с выхода накопительной емкости 21 через канал 31 поступает на вход накопительной емкости 22. Далее, часть поступившего в емкость 2 2 потока через канал 72 поступает в сумматор-накопитель 4. Оставшаяся часть потока жидкости с выхода емкости 22 через канал 32 поступает на вход следующей накопительной емкости 23. Описанный процесс передачи потока жидкости повторяется по всей цепочке накопительных емкостей с 21 до 2N включительно. Если величина входного потока превышает производительность устройства, то оставшаяся часть потока с выхода накопительной емкости 2N поступает в канал 9 для аварийного сброса неочищенных стоков. Применение накопительных емкостей с фиксированными объемами обеспечивает возможность работы устройства с одним нагнетающим насосом на входе устройства.
Передача потока жидкости между произвольными соседними k и k+1 накопительными емкостями происходит с некоторой фиксированной во времени задержкой 
к, обусловленной конечной скоростью течения жидкости
по соответствующему промежуточному каналу 3k. В связи с этим при наличии залповых сбросов загрязнителей последние поступают в сумматор-накопитель 4 не сразу, а последовательно через промежуточные каналы 71, 72,...7 N с разнесением во времени в течение интервала времени
Благодаря этому изменение во времени концентрации n(t) вредных веществ на выходе сумматора-накопителя 4 будет изменяться по определенному математическому закону, вид которого с определенной долей приближения определяется соотношениями пропускных способностей промежуточных каналов 71, 72,...7N . В частности, пропускные способности промежуточных каналов 7 1, 72...7N могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить минимальное изменение во времени или стабилизацию концентрации n(t) вредных веществ.
Применение разработанной полезной модели позволяет сгладить, или, в частности, стабилизировать изменение во времени концентрации вредных веществ при аварийных залповых сбросах, предотвратить попадание в биохимический фильтр сточных вод, имеющих повышенную концентрацию вредных веществ. Изменяя количество и объем накопительных емкостей линейного каскадного накопителя, а также пропускные способности промежуточных каналов возможно максимально повысить экономическую эффективность эксплуатации как биохимического фильтра, так и очистного сооружения в целом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Бондарук A.M., Гоц С.С., Ямалетдинова К.Ш., Гимаев Р.Н. Математическое моделирование процессов управления балансами накопления жидкости в очистных сооружениях / Экология и промышленность России. - 2008. - 
2. - С.13-15.
2. Патент SU 1481211 с приоритетом от 02.09.87, кл. 4 C02F 3/02 «Система биологической очистки сточных вод» / Нечаевский М.Л., Невзоров М.И.
3. Патент RU 2146657 с приоритетом от 04.12.96, кл. 7 C02F 3/00 «Способ достижения устойчивости технологического процесса очистки сточных вод в системе «аэротенк-вторичный отстойник» с одновременным уменьшением габаритов этой системы» / Бурыкин В.Ф., Бурыкина С.С.
4. Патент RU 2243171 с приоритетом от 20.09.02, кл. 7 C02F 3/02, В01D 1/00 «Устройство для уменьшения выноса взвешенных веществ из вторичных отстойников биологических очистных станций» / Куликов Н.И. (RU), Сорокина Н.В. (UA)
5. Патент RU 2079437 с приоритетом от 25.01.96, кл. 6 C02F 1/40 «Установка для очистки нефтесодержащих сточных вод» / Винокуров П.Н., Шеваль В.В., Беляшин П.А., Бунятов В.Ю.
6. Патент RU 2280622 с приоритетом от 01.07.04, кл. C02F 3/12 (2006.01) «Унифицированная модульная установка для биохимической очистки сточных вод» / Шишло Г.В.
7. Патент UA 12559 с приоритетом от 15.02.06, кл. C02F 3/02, C02F 1/22 «Способ очистки сточной воды» / Рожко В.Ф., Нагорная Е.К., Янович А.А.
8. Патент UA 61287 с приоритетом от 17.11.03, кл. 7 C02F 9/02, 1/78 «Способ получения очищенной питьевой воды» / Ищенко В.А., Мороз Р.В.
9. Патент WO 02/40435 с приоритетом от 16.11.00, кл. 7 С02С 37/68 «Economical purification of bisphenol A» / Evitt S.D., Palmer D.P.
10. Патент RU 2264993 с приоритетом от 27.04.04, кл. 7 C02F 9/12 «Способ очистки нефтесодержащих сточных вод» / Назаров В.Д., Русакович А.А., Вадулина Н.В.
11. А.с. 802954 с приоритетом от 16.01.79, кл. 3 G06D 1/08 «Многокаскадный струйный усилитель» / Лещинский В.Е., Касимов A.M. (ПРОТОТИП)
1. Линейный каскадный накопитель системы очистки потока жидкости, содержащий последовательно соединенные между собой накопительные емкости с одним входом и двумя выходами каждая, с одним каналом подачи потока неочищенной жидкости, соединенным с входом первой емкости, с одним выходным каналом аварийного сброса, соединенным с выходом последней емкости, отличающийся тем, что в него дополнительно введен линейно-протяженный сумматор-накопитель потоков жидкости, количество входов которого равно количеству накопительных емкостей, а выход соединен с биохимическим фильтром, при этом каждый из входов сумматора-накопителя через канал с заданной пропускной способностью соответственно соединен с одним из выходов каждой накопительной емкости.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая накопительная емкость выполнена с фиксированным объемом.
