Устройство для очистки оборотной воды в установках для мойки автотранспорта

Авторы патента:

Полезная модель относится к очистке оборотной воды в автомойках от различных загрязнителей до требований обеспечивающих возможность ее долговременного использования без замены. Техническим решением полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки оборотной воды в автомойках, уменьшение габаритов и стоимости оборудования, эксплуатационных затрат, расход реагентов и расходов на текущее обслуживание. Технический результат достигается тем, что в устройство для очистки оборотной воды в установках для мойки автотранспорта, содержит один либо несколько резервуаров для сбора и отстаивания сточной воды и один либо несколько резервуаров для очищенной воды, систему дозирования коагулянта, контактную емкость, фильтрующее устройство, реализованное в виде ультрафильтрационной мембраны либо микрофильтрационной мембраны, либо нанофильтрационной мембраны, систему автоматического управления, озонатор, насос, центробежную форсунку, систему вентилей и клапанов, накопитель шлама. Техническо-экономическим эффектом полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки сточной воды, чем отстаивание, фильтрация либо контактная коагуляция, так как размер генерируемых и фильтруемых частиц в предлагаемом техническом решении на несколько порядков меньше, что позволяет резко уменьшить время процесса, следовательно, уменьшить габариты установки и увеличить его эффективность в десятки раз за счет надежной фильтрации наиболее активной субмикронной части хлопьев и микропузырьков газа, содержащих основное количество адсорбированных примесей.

Общеизвестно устройство очистки природных вод от загрязнений (см, Г.И.Николадзе, 1987, Технология очистки природных вод, Москва, Высшая школа, стр.44-50), заключающееся в смешении очищаемой воды с реагентами (коагулянтом, щелочью и флокулянтом), образованием хлопьев, отделении их основной части от очищаемой воды отстаиванием и пропуске частично осветленной воды через слой зернистой загрузки, причем для повышения эффекта очистки от растворенной органики (например, от гуминовых и фульвокислот, обуславливающих цветность природных вод) перед смешением очищаемой воды с реагентами в нее вводят окислитель (например, хлор или его производные), а в некоторых случаях дополнительно вводится тонкопомолотый каменный уголь или порошкообразный активный уголь.

Однако к недостаткам данного технического решения очистки относятся значительные расходы реагентов и окислителя, особенно при очистке маломутных высокоцветных вод с низкими температурами. Кроме того, даже при этих условиях далеко не всегда достигается требуемый эффект очистки, особенно от растворенной органики (фенолов, хлорорганических соединений, поверхностно-активных веществ - ПАВ и др.) и следов тяжелых металлов, а также сложное реагентное хозяйство (особенно при использовании тонкопомолотого каменного угля или порошкообразного активного угля), достаточно высокая стоимость и недостаточная эффективность очистки. Ограничение эффективности очистки связанно с тем, что наиболее мелкая фракция хлопьев, имеющая наиболее открытую поверхность не успевает утонуть в течение процесса очистки или вообще не тонет из-за перемешивания связанного с броуновским движением или из-за захваченных пузырьков газа, а также не может быть отфильтрована зернистым фильтром.

Известно устройство для очистки жидких сред флотацией (см., патент RU 2166481 МПК C02F 01/24, G05D 27/00, публикация от 2001.10.05), содержащее флотатор, насос для ввода очищаемой жидкости, эжектор с сатуратором, лоток для удаления пены, мутномеры, сопло, заслонку, сумматор, функциональный преобразователь, устройство автоматического поиска экстремума, следящий привод.

Недостатки устройства: ограничение эффективности очистки связанное с тем, что наиболее мелкая фракция пузырьков, имеющая наиболее развитую поверхность и сорбционную активность не успевает всплыть в течение процесса очистки или вообще не всплывает из-за перемешивания связанного с броуновским движением.

Известна установка для очистки сточных вод (см., патент RU 2104968 МПК C02F 09/00, публикация от 1998.02.20), содержащая резервуар-усреднитель, решетку, насос, коагулятор, фильтр с зернистой загрузкой, озонатор и узел обработки осадка, причем она снабжена электролизером, коагулятором с блоками нерастворимых и растворимых электродов, виброфильтром для первичного отделения осадка, электрокоагулятором второй ступени с растворимыми анодами, фильтрами первой, второй, третьей, четвертой ступеней, а узел обработки осадка снабжен виброуплотнителем, барабанной сушилкой-дробилкой, электрокалорифером и бункером для выгрузки и пакетирования осадка.

Фильтры первой и четвертой ступеней имеют нейтральную зернистую загрузку, а фильтры второй и третьей ступеней сорбционную зернистую загрузку активированным углем, причем в качестве нейтральной зернистой загрузки используют, например, кварцевый песок, дробленый керамзит, горелую породу или другие местные материалы фракции 1,0 2,0 мм, а в качестве сорбционной загрузки используют дробленый активированный уголь фракции 2,8 5,0 мм в фильтре второй ступени и фракции 0,5 2,8 мм в фильтре третьей ступени.

К недостаткам этого устройства относится большие эксплуатационные затраты, связанные с расходом электроэнергии на процесс электролиза, необходимость частой замены растворимых электродов и ограничение степени очистки воды связанное с невозможностью отделения мелких коллоидных частиц, полученных в результате реагентной и электролизной коагуляции.

Известна мобильная автономная установка для мойки автотранспорта и очистки воды после мойки (см., патент РФ 2268177 МПК B60S 03/04, публикация от 2006.01.20), размещенная в корпусе, содержащая систему водоочистки с фильтрами, кессоном для сбора сточной воды, расположенным под полом корпуса, накопительной емкостью для очищенной технической воды и емкостью для чистой воды, связанными трубопроводами и насосами. Система водоочистки предусматривает пропускание сточной воды через накопители с кварцевым гравием и с кварцевым песком.

Недостатками установки являются ее низкая эффективность и недостаточная степень очистки воды, что приводит к дополнительному расходу воды и энергоресурсов и загрязнению окружающей среды.

Для более полного понимания сущности предлагаемого технического решения приводим уточняющие термины, употребляемые для его описания:

поверхностно-активные вещества - ПАВ - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения;

сатуратор - аппарат для газирования жидкостей;

коагулянты, коагулирующие агенты - вещества, введение которых в жидкую среду, содержащую мелкие частицы какого-либо тела, вызывает коагуляцию, т.е. слипание этих частиц;

флокулянты - увеличивают размеры хлопьев, образовавшихся в ходе коагуляции и агломерация взвешенных частиц для их механического удаления;

флокулянт-коагулянт обеспечивает снижение времени образования осадка, рост скорости его седиментации, применяем при пониженных температурах, эффективно удаляет нефтепродукты, жировые загрязнения и взвешенные вещества;

коалесцирующий элемент - синтетическая ткань, имеющая гладкую поверхность с одной стороны и ворсистую с другой, работающей только по принципу поверхностной коалесценции одной ворсистой стороной, где происходит ускоренное слияние укрупненных капель и окончательное фазоразделение;

мембрана - разделяющая фаза, находящаяся между двумя другими фазами и действующая как активный или пассивный барьер в процессе переноса вещества между этими фазами под действием движущей силы;

мембрана нанофильтрационная - полупроницаемая анизотропная мембрана с размером пор от 3 до 30 нм, обладающая собственным зарядом и используемая в баромембранных процессах разделения многовалентных электролитов;

ультрафильтрация - баромембранный процесс разделения, в котором мембрана задерживает высокомолекулярные частички молекулярной массой от 2000 до 106 Д;

озонирование - один из лучших способов обеззараживания питьевой воды, при высокой степени обеззараживания озонирование обеспечивает наилучшие органолептические показатели воды и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов;

озон - состоящий из трехатомных молекул О₃ аллотропная модификация кислорода;

водородный показатель, рН (potentia hydrogeni - сила водорода), - мера активности (в случае разбавленных растворов совпадает с концентрацией) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм концентрации водородных ионов, выраженной в молях на литр;

синтетические поверхностно-активные вещества - СПАВ - вещества, которые при растворении в воде понижают ее поверхностное натяжение на границе с воздухом, а также на границе раздела с другими телами;

предельно допустимая концентрация - ПДК - утвержденный в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив содержания вредного вещества в окружающей (или производственной) среде, практически не влияющего на здоровье человека;

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки оборотной воды в автомойках, уменьшение габаритов и стоимости оборудования, эксплуатационных затрат, расход реагентов и расходов на текущее обслуживание.

Технический результат достигается тем, что в устройство для очистки оборотной воды в установках для мойки автотранспорта, состоящее из одного или нескольких резервуаров для сбора и отстаивания сточной воды и одной или нескольких емкостей для очищенной воды, трубопроводов, насосов и системы физико-химической очистки оборотной воды при помощи коагуляции и фильтрации примесей и генератора озона, введено мембранное фильтрующее устройство и система автоматического управления обеспечивающая заполнение контактной емкости исходной водой, дозирование коагулянта и озонирование воды в контактных емкостях, для получения в контактной емкости хлопьев и коллоидных частицы в результате коагуляции и субмикронных пузырьков газа, в результате окисления органических соединений озоном, а затем фильтрацию коллоидных частиц, хлопьев и пузырьков вместе с адсорбированными растворенными и взвешенными примесями при помощи мембранного фильтрующего устройства, работающего в тангенциальном режиме, когда концентрат примесей, не прошедших через мембрану, возвращается обратно в контактную емкость, а очищенная вода, прошедшая через мембрану отбирается из контактной емкости и подается в накопительную емкость для очищенной воды до момента образования в контактной емкости шлама нужной степени концентрации.

В качестве фильтрующего устройства используется ультрафильтрационная мембрана либо микрофильтрационная мембрана, либо нанофильтрационная мембрана.

Сущностью технического решения является то, что одновременное озонирование сточной воды вместе с дозированием коагулянта стимулирует образование сверхмелких хлопьев и коллоидных частиц, что резко увеличивает эффективность коагуляции. При использовании коагулянта одновременно с озонированием происходит образование коллоидных частиц субмикронного размера, обладающих каталитической и адсорбционной активностью и большой развитой поверхностью. Кроме того, озонирование увеличивает способность к коагуляции молекул органических соединений. Это происходит потому, что молекулы растворенных органических соединений, частично окисленные озоном, более подвержены коагуляции. В ряде случаев, таким образом, удается достичь эффективной коагуляции веществ вообще не способных к коагуляции без обработки озоном. При эжекторной подаче озона в воду возникает эффект вскипания, аналогичный используемый в напорной флотации, но пузыри газа образующиеся при этом существенно меньше. Механизм образования этих микропузырей в этом случае связан с выделением углекислоты при окислении озоном органических соединений в толще воды. Таким образом, удается получить пузыри субмикронного размера, обладающие чрезвычайно развитой поверхностью и адсорбционной активностью, однако большое время всплытия таких пузырей не позволяет их использовать при обычной флотационной очистке. Для удаления полученных хлопьев, коллоидных частиц и микропузырей использовалась ультрафильтрационная мембрана. Фильтрация микропузырей и хлопьев, полученных в результате коагуляции, при помощи ультрафильтрационной мембраны - самая простая и надежная механическая очистка воды после применения коагулянта и озонирования.

Пена, образующаяся на поверхности жидкости в контактной емкости при процессе подачи озоно-воздушной смеси осаждается при помощи распыления всего потока либо части потока концентрата примесей не прошедшего через мембрану при помощи центробежной форсунки.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.

Состав устройства:

1 - система дозирования коагулянта;

2 - контактная емкость;

3 - эжектор;

4 - центробежная форсунка;

5 - озонатор;

6 - мембранное фильтрующее устройство;

7 - насос;

8 - накопитель шлама;

9 - резервуар для сбора и отстаивания сточной воды;

10 - резервуар чистой воды;

Устройство работает следующим образом:

Вода после механического отделения твердых и крупных взвешенных частиц в контактную емкость 2, где, в процессе перекачки происходит подача озона с озонатора 5, коагулянта с системы дозирования коагулянта 1 и при необходимости коррекция рН. Далее вода, продолжает перекачиваться по циклу проходя через эжектор 3 для дополнительного ввода озоно-воздушной либо озоно-кислородной смеси, что стимулирует образование хлопьев и микропузырьков газа в виде мелкодисперсного коллоидного раствора или эмульсии, причем хлопья, коллоидные частицы и микропузырьки адсорбируют растворенные примеси и взвешенные частицы. Крупные частицы тонут, относительно крупные пузырьки газа образуют слой пены на поверхности воды. После завершения процесса вода начинает подаваться на ультрафильтрационный мембранный модуль 6, задерживающий все коллоидные частицы и микропузырьки газа, содержащие основное количество адсорбированных органических соединений и СПАВ. Очищенная вода, прошедшая через мембранное фильтрующее устройство 6 подается в резервуар чистой воды 10, и сливается либо поступает на следующие ступни очистки, а концентрат примесей не прошедший через мембранное фильтрующее устройство 6 возвращается в контактную емкость 2. После откачки чистой воды в контактной емкости 2 остается шлам в виде пены и концентрированного коллоидного раствора, который откачивается в накопитель шлама 8 и цикл повторяется.

Техническо-экономическим эффектом полезной модели является повышение эффективности и надежности очистки сточной воды, чем отстаивание, фильтрация либо контактная коагуляция, так как размер генерируемых и фильтруемых частиц в предлагаемом техническом решении на несколько порядков меньше, что позволяет резко уменьшить время процесса, следовательно, уменьшить габариты установки и увеличить его эффективность в десятки раз за счет надежной фильтрации наиболее активной субмикронной части хлопьев, микропузырьков газа, содержащих основное количество адсорбированных примесей.

1. Устройство для очистки оборотной воды в установках для мойки автотранспорта, состоящее из одного или нескольких резервуаров для сбора и отстаивания сточной воды и одной или нескольких емкостей для очищенной воды, трубопроводов, насосов и системы физико-химической очистки оборотной воды при помощи коагуляции и фильтрации примесей и генератора озона, отличающееся тем, что введены одна или несколько контактных емкостей, мембранное фильтрующее устройство и система автоматического управления, обеспечивающая заполнение контактной емкости исходной водой, дозирование коагулянта и озонирование воды в контактных емкостях, для получения в них хлопьев и коллоидных частиц в результате коагуляции и субмикронных пузырьков газа, в результате окисления органических соединений озоном, а затем фильтрацию коллоидных частиц, хлопьев и пузырьков вместе с адсорбированными растворенными и взвешенными примесями при помощи мембранного фильтрующего устройства, работающего в тангенциальном режиме, когда концентрат примесей, не прошедших через мембрану, возвращается обратно в контактную емкость, а очищенная вода, прошедшая через мембрану, отбирается из контактной емкости и подается в накопительную емкость для очищенной воды до момента образования в контактной емкости шлама нужной степени концентрации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного фильтрующего устройства используются ультрафильтрационные мембраны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного фильтрующего устройства реализуются микрофильтрационные мембраны.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембранного фильтрующего устройства выполняются нанофильтрационные мембраны.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пена, образующаяся на поверхности жидкости в контактной емкости при процессе подачи озоно-воздушной смеси, осаждается при помощи распыления всего потока либо части потока концентрата примесей, не прошедшего через мембрану при помощи центробежной форсунки.