СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД


RU (11) 2033973 (13) C1

(51) 6 C02F3/02, G05D27/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5031549/26 
(22) Дата подачи заявки: 1991.07.25 
(45) Опубликовано: 1995.04.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1031913, кл. C 02F 3/00, G 05D 27/00, 1983. 2. Авторское свидетельство СССР N 1255586, кл. C 02F 3/00, G 05 27/00, 1986. 3. Поруцкий Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств. М.: Химия, с.77-79. 4. Отчет по НИР 2029023000. Разработать рекомендации по совершенствованию установок ТАБС для очистки хозбытовых сточных вод предприятий угольной промышленности. Пермь, ВНИИОСуголь, 1989. 5. Хайнрих Г. и др. Тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения. М.: Стройиздат, 1985. 6. Авторское свидетельство СССР N 1458324, кл. C 02F 3/02, 1983. 
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей среды в угольной промышленности 
(72) Автор(ы): Закиров Д.Г.; Петрушевский В.Е.; Хусаенов Р.М.; Пушников Ю.И. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей среды в угольной промышленности 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 

Использование: относится к способам управления биологической очисткой сточных хозбытовых и промышленных вод. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе биологической очистки сточных вод последовательно в усреднителе, аэротенке и отстойнике путем стабилизации нагрузки на активный ил изменением подачи сточных вод в зависимости от концентрации загрязнений дополнительно отбирают часть расхода очищенных вод. Эту часть охлаждают и посредством теплового насоса сообщают полученное тепло сточным водам перед входом их в аэротенк. Для определения величины отбираемой части расхода измеряют температуру сточных вод на выходе усреднителя, на выходе отстойника и после охлаждения, мощность, затрачиваемую на привод теплового насоса, а также расход сточных вод и производят расчет по формуле, приведенной в описании изобретения.1 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к способам управления и регулирования процессов биологической очистки хозбытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано, например, в угольной промышленности.

Известен способ управления процессом биологической очистки сточных вод в установке, включающей резервную емкость и последовательно установленные усреднитель, аэротенк и вторичный отстойник, путем стабилизации органической нагрузки на активный ил в аэротенке изменением подачи воды в резервную емкость и из резервной емкости на вход усреднителя в зависимости от концентрации органических загрязнений в воде, поступающей на очистную установку, и в воде на выходе резервной емкости и изменения расхода возвратного ила в аэротенк, концентрации в воде органических загрязнений и концентрации ила в аэротенке. При этом расход сточной воды в резервную емкость и из нее, расход сточной воды в аэротенк и концентрацию в ней органических загрязнений корректируют по расходу сточной воды, поступающей в установку, и расходу воды в усреднитель или в резервную емкость [1]

Известен также способ регулирования процесса очистки сточных вод, реализуемый одноименным устройством, по которому изменяют объем воды во вторичном отстойнике при скачкообразном изменении концентрации органических веществ в сточной воде, а также регулируют расход возвратного ила при скачкообразном изменении расхода сточной воды [2]

Известные способы не обеспечивают достаточной эффективности очистки вследствие нестабильности температурного режима процесса очистки при периодическом понижении температуры сточных вод.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом биологической очистки сточных вод последовательно в усреднителе, аэротенке и отстойнике путем стабилизации нагрузки на активный ил, изменением подачи воды в резервную емкость и из нее в зависимости от концентрации загрязнений на ее входе и выходе и от расхода воды, поступающей на установку, в усреднитель или резервную емкость. При этом расход воды в резервную емкость корректируют по разности прогнозируемых и заданных значений концентраций загрязнений на входе в аэротенк и на выходе из отстойника с учетом поправки на фактическое значение этих концентраций [3]

Недостатком известного способа является неудовлетворительная эффективность очистки сточных вод, обусловленная нестабильностью температурного режима в аэротенке при периодическом понижении температуры сточных вод.

Нестабильность температурного режима процесса очистки по известным способам обусловлена отсутствием операций подогрева сточных вод в случае понижения их температуры. Благодаря усреднению расхода сточных вод кратковременное понижение температуры сточных вод сглаживается в усреднителе и не приводит к существенному падению температуры на входе в аэротенк, однако при длительных периодах (более 2-3 ч) понижения температуры сточных вод весь объем воды в усреднителе приобретает низкую температуру, и при этой же низкой температуре сточные воды поступают в аэротенк.

Скорость роста, окислительная способность и ферментативная активность микроорганизмов активного ила зависят от его температуры.

Благоприятным для деятельности микроорганизмов является температурный диапазон 20-40оС. Нижняя граница этого диапазона представляет собой минимальную температуру, при которой обеспечивается устойчивая и эффективная биологическая очистка сточных вод [4]

Практически для всех географических районов СССР температура сточных вод даже в летний сезон не превышает 30оС. В то же время в районах с умеренным и холодным климатом, как показало обследование условий эксплуатации установок биологической очистки сточных вод типа ТАБС на ряде предприятий угольной промышленности [5] имеют место значительные как суточные, так и сезонные колебания температуры сточных вод в области пониженных температур (5-18оС).

При периодическом понижении температуры поступающих на очистку сточных вод (связанном, например, с колебаниями температуры окружающей среды или с отключением горячего водоснабжения на объекте, стоки которого подлежат очистке) соответственно понижается температура в аэротенке, что приводит к уменьшению биохимической эффективности микроорганизмов активного ила и, как следствие, росту остаточных концентраций загрязняющих веществ в очищенных сточных водах на 20-40% т.е. снижению эффективности очистки.

Цель изобретения повышение эффективности очистки путем стабилизации температурного режима в аэротенке.

Цель достигается тем, последовательно в усреднителе, аэротенке и отстойнике дополнительно отбирают часть расхода очищенных сточных вод, измеряют температуру сточных вод на выходе из усреднителя и по ее значению регулируют величину отбираемой части расхода. Эту часть охлаждают и посредством теплового насоса сообщают полученное при охлаждении тепло сточным водам перед входом их в аэротенк. Кроме того измеряют мощность, затрачиваемую на привод теплового насоса, расход сточных вод и температуру их на выходе из отстойника и после охлаждения. Регулирование величины отбираемой части расхода производят в соответствии с соотношением

a 100 где а величина части расхода очищенных сточных вод, подлежащих охлаждению, от их общего расхода;

tmin минимально допустимая температура в аэротенке,оС;

tуср, tотс,tохл температуры сточных вод на выходе из усреднителя, на выходе из отстойника и после охлаждения соответственно,оС;

V расход сточных вод,м3/с;

N мощность, затрачиваемая на привод теплового насоса,Вт;

с теплоемкость сточных вод,Дж/кгград;

- плотность сточных вод,кг/м3.

Такие признаки, как отбор части расхода очищенных сточных вод, измерение температуры сточных вод на выходе из усреднителя и регулирование по ее значению величины отбираемой части расхода, охлаждение этой части и передача посредством теплового насоса полученного при охлаждении тепла сточным водам перед входом их в аэротенк, измерение мощности, затрачиваемой на привод теплового насоса, расхода сточных вод и температур их на выходе из отстойника и после охлаждения, а также регулирование величины отбираемой части расхода в соответствии с соотношением:

a 100 отличают заявляемое решение от прототипа и обуславливают соответствие его критерию "Новизна".

Приведенное соотношение получено путем решения системы уравнений энергетического баланса.

Из научно-технической и патентной литературы известны способы и устройства, по которым осуществляют охлаждение одного объекта и передачу полученного при охлаждении тепла второму объекту посредством теплового насоса. Наиболее часто для этой цели применяются парокомпрессионные тепловые насосы, содержащие компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель [6]

При этом в известных способах регулирование количества тепловой энергии, передаваемой от первой среды к второй, осуществляется изменением температуры испарения промежуточного теплоносителя либо управлением величиной интервалов времени, в течение которых происходит передача тепловой энергии, причем охлаждению подвергается весь расход первой среды.

В предлагаемом способе нагрев сточных вод после выхода их из усреднителя осуществляется за счет отбора тепла от этих же сточных вод, прошедших биологическую очистку, таким образом охлаждаемая и нагреваемая среды являются соответственно продуктом и исходным материалом одного и того же технологического процесса очистки сточных вод. Регулирование количества передаваемой тепловой энергии в зависимости от температуры сточных вод производится изменением величины части расхода очищенных сточных вод, подлежащей охлаждению.

Из научно-технической и патентной литературы неизвестны способы управления процессом биологической очистки сточных вод, по которым производят стабилизацию температурного режима процесса очистки за счет охлаждения части расхода очищенных сточных вод, причем в зависимости от значения температуры сточных вод регулируют величину этой части.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит усреднитель 1, аэротенк 2 и отстойник 3, соединенный с аэротенком 2 трубопроводом 4 возвратного активного ила и с насосной станцией 5. На выходе из отстойника 3 трубопровод очищенных сточных вод разветвляется на два трубопровода 6 и 7, снабженные задвижками 8 и 9.

Тепловой насос 10 содержит соединенные между собой компрессор 11, дроссель 12, конденсатор 13 и испаритель 14. Конденсатор 13 и испаритель 14 представляют собой двухполостные теплообменники, причем одна из полостей как первого, так и второго заполнена промежуточным теплоносителем (например, фрионом-12).

Второй своей полостью конденсатор 13 подключен к трубопроводу 15 между усреднителем 1 и аэротенком 2, а испаритель 14 второй полостью подключен к трубопроводу 6.

Устройство снабжено измерителями 16-19 температуры, установленными соответственно на выходе из усреднителя 1, на входе в аэротенк 2, на выходе из отстойника 3 и на выходе из испарителя 14.

Измеритель 20 расхода установлен соответственно на выходе из усреднителя 1 и на входе в испаритель 14.

Устройство снабжено также измерителем 21 мощности привода теплового насоса. В состав устройства может быть включен блок 22 автоматического управления.

Способ управления процессом биологической очистки сточных вод осуществляют следующим образом.

Сточные воды поступают в усреднитель 1, в котором смешиваются и поступают в аэротенк 2 для очистки активным илом.

Иловая смесь из аэротенка 2 поступает в отстойник 3, откуда осажденный активный ил возвращается в аэротенк 2 по трубопроводу 4 под действием напора, создаваемого насосной станцией 5. Очищенные сточные воды удаляются из отстойника 3 по трубопроводам 6,7.

На выходе усреднителя 1 измерителем 16 определяют температуру tуср.

Если измеренное значение tуср ниже заданной температуры tmin(нижней границы диапазона температур, в котором обеспечивается устойчивая и эффективная очистка), то рассчитывают по соотношению

a 100 величину а части расхода очищенных сточных вод, подлежащей отбору на охлаждение. При расчете используют значения температур tуср и tmin, а также значение температуры очищенных сточных вод на выходе из отстойника tост, которое определяется измерителем 18, значение температуры очищенных сточных вод после охлаждения tохл, определяемое измерителем 19, расход сточных вод V, определяемый измерителем 20, и мощность N, затрачиваемую на привод теплового насоса 10, определяемую блоком 22. Теплоемкость с и плотность сточных вод определяют из справочных данных.

Если в предшествующий момент времени температура tуср была выше tmin и тепловой насос не был включен, то принимают значение tохл на 8-12оС ниже tотс, а величину N выбирают из диапазона 70-85% от максимальной мощности электродвигателя привода компрессора 11.

Затем регулируют степень открытия задвижек 8 и 9, обеспечивая пропуск рассчитанной величины части расхода очищенных сточных вод по трубопроводу 6 через испаритель 14, и включают тепловой насос 10 (если в предшествующий момент времени он не был включен).

Очищенные сточные воды в испарителе 14 отдают тепло промежуточному теплоносителю, который при этом испаряется. Образовавшиеся пары сжимаются компрессором 11 и поступают в конденсатор 13, где конденсируется, нагревая при этом сточные воды перед входом их в аэротенк 2. Жидкий промежуточный теплоноситель поступает на дроссель 12, проходя который частично испаряется, охлаждается и вновь направляется в испаритель 14.

Температура сточных вод после подогрева контролируется измерителем 17. Если ее фактическое значение отличается от tmin, производят измерение мощности N измерителем 21 и температуры tохл измерителем 19, после чего вновь рассчитывают величину части расхода сточных вод, подлежащих охлаждению, и корректируют положение задвижек 8,9. При необходимости операции корректировки повторяют.

Как показывают расчеты, одного-двух таких последовательных приближений достаточно для достижения на входе в аэротенк температуры сточных вод, отличающейся от tmin не более, чем на 1оС.

При необходимости описанный выше процесс измерения, расчета и регулирования может управляться блоком 22 автоматического управления. Если же температура сточных вод на выходе из усреднителя становится равной или большей tmin, то тепловой насос отключают, и сточные воды поступают в аэротенк без подогрева.

Температура охлаждения очищенных сточных вод должна быть выше температуры их замерзания для исключения возможности образования льда в испарителе.

В силу термодинамических свойств парокомпрессионного цикла на сжатие паров промежуточного теплоносителя затрачивается значительно меньшее количество энергии (в 4-10 раз) по сравнению с количеством тепловой энергии, передаваемой от очищенных сточных вод к исходным сточным водам.

П р и м е р 1. Расход сточных вод через установку биологической очистки составляет 100 м3/ч. Из опыта эксплуатации установки известно, что эффективная и качественная очистка наблюдается при температуре не ниже tmin 20оС. Установка снабжена серийно выпускаемым тепловым насосом МКТ-220, использующим в качестве промежуточного теплоносителя фреон-12.

В результате отключения горячего водоснабжения на объекте, стоки которого подлежат очистке, температура сточных вод на выходе из усреднителя понизилась до 10оС. Поскольку эта температура ниже tmin, производят охлаждение очищенных сточных вод, имеющих после отстойника температуру 16оС, до 5оС, отбирая от них тепловую энергию на испарение фреона-12. Пары последнего сжимают в компрессоре, а затем конденсируют, сообщая выделяющееся тепло протекающим через конденсатор загрязненным сточным водам и подогревая их до tmin.

При этом на охлаждение направляют 82,0% расхода очищенных сточных вод (величина рассчитана по соотношению, приведенному выше).

П р и м е р 2. Способ осуществляют, как описано в примере 1, за исключением того, что температура сточных вод на выходе из усреднителя составляет 15оС.

В этом случае на охлаждение направляют 41,9% расхода очищенных сточных вод.

Некоторые показатели, характеризующие предлагаемый способ, приведены в таблице.

Предлагаемый способ может быть реализован на установках биологической очистки сточных вод практически всех имеющихся в народном хозяйстве типов.

Наиболее эффективно использование способа для управления процессом очистки сточных вод, объектов, характеризующихся значительными суточными и сезонными колебаниями температуры сточных вод.

Подогрев сточных вод регулируемым количеством теплоты позволяет стабилизировать температуру их на входе в аэротенк и повысить стабильность процесса биологической очистки путем поддержания достаточно высокой и близкой к постоянной биохимической активности микроорганизмов активного ила.

По предлагаемому способу подогрев сточных вод в случае понижения их температуры производят до заданной температуры, при которой обеспечивается устойчивая биологическая очистка с удовлетворительными эффективностью и качеством (20-25оС). В то же время подогрев до такой температуры требует значительно меньших (в 2-3 раза) затрат энергии по сравнению с подогревом до более высоких температур (30-40оС).

Использование предлагаемого способа управления процессом биологической очистки сточных вод обеспечивает по сравнению с известными способами стабилизацию температурного режима в аэротенке при периодическом понижении температуры поступающих на очистку сточных вод, что позволяет повысить эффективность процесса очистки и производительность очистных сооружений. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, включающий подачу сточных вод в усреднитель, аэротенк, отстойник последовательно, измерение расхода сточных вод после усреднителя, отличающийся тем, что отбирают часть расхода очищенных сточных вод, охлаждают эту часть и с помощью теплового насоса сообщают полученное при охлаждении тепло сточным водам перед входом их в аэротенк, измеряют температуру сточных вод на выходе из усреднителя, температуру очищенных сточных вод на выходе от отстойника и после охлаждения мощность, затраченную на привод теплового насоса, регулируют величину отбираемой части расхода по температуре сточных вод на выходе из усреднителя, при этом регулирование величины отбираемой части расхода производят в соответствии с формулой



где a величина части расхода очищенных сточных вод, подлежащих охлаждению, от общего их расхода;

tmin минимально допустимая температура в аэротенке, oС;

tуср, tотс, tохл - температуры сточных вод на выходе из усреднителя, из отстойника и после охлаждения соответственно, oС.

V расход сточных вод, м3/с;

N мощность, затрачиваемая на привод теплового насоса, Вт;

C теплоемкость сточных вод, Дж / (кг град);

плотность сточных вод, кг/м3.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru