Установка для очистки сточных вод на борту судов - RU2681458C2

Чертежи

Описание

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2420-538115RU/032

УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА БОРТУ СУДОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к очистке воды, в частности, для очистки сточных вод на борту судов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к очистке сточных вод на борту кораблей и судов и, в частности, предназначено для обеспечения пассажирских судов, паромов, шельфовых буровых установок или барж средством очистки воды с целью повторного использования воды для различных целей или для осуществления последующего сброса за борт в соответствии с международными стандартами и местными правилами.

Номинальная величина типичного среднесуточного потребления питьевой воды на круизных судах составляет 247 литров на человека, в результате чего образуются:

фекальные сточные воды: 25,5 л/чел/сут (литров на человека в сутки) при нагрузке по органическим веществам (биохимической потребности в кислороде, БПК) в 51 г/чел/сут (грамм на человека в сутки) и при нагрузке по твердым веществам (общему содержанию взвешенных веществ, ОВВ) в 38 г/чел/сут;

бытовые сточные воды, поступающие из жилых помещений: 112,2 л/чел/сут при нагрузке по органическим веществам (БПК) в 22 г/чел/сут и при нагрузке по твердым веществам (ОВВ) в 11 г/чел/сут;

бытовые сточные воды, поступающие из прачечных: 35,7 л/чел/сут при нагрузке по органическим веществам (БПК) в 11 г/чел/сут и при нагрузке по твердым веществам (ОВВ) в 11 г/чел/сут;

бытовые сточные воды, поступающие из кухонь и участков для приготовления пищи (камбуза): 73,9 л/чел/сут при нагрузке по органическим веществам (БПК) в 148 г/чел/сут и при нагрузке по твердым вещества м (ОВВ) в 185 г/чел/сут.

Обычно на борту судов применяют системы для очистки только фекальных вод. Как и в наземных системах, в них применяют аэробное брожение (хотя и в небольших масштабах из-за очевидной ограниченности пространства), заключающееся в метаболизации органических веществ с помощью микроорганизмов, развитие которых обусловлено наличием кислорода.

Этот процесс требует много времени на метаболизацию и должен протекать непрерывно без возможности прерывания и возобновления по команде при необходимости. Кроме того, необходимо также наличие квалифицированного персонала для соответствующего обслуживания. Бытовые сточные воды и очищенные фекальные воды собирают в подходящих резервуарах для последующей обработки или утилизации на суше.

Было бы желательно создать установку для очистки сточных вод на борту судов, которая преодолевала бы ограничения существующих установок, в частности, установку по возможности малого размера для непосредственной очистки фекальных и бытовых сточных вод до уровня, соответствующего возможности повторного использования и/или сброса за борт в качестве очищенных стоков, при минимальной генерации биомассы, требующей дальнейшей утилизации на суше. Кроме того, желательно также предоставить установку, способную к включению и отключению по команде и не требующую химикатов для обработки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Различные аспекты настоящего изобретения представлены в прилагаемой формуле изобретения.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к установке для очистки сточных вод на борту судов, пригодной для работы в непрерывном режиме и содержащей: один или несколько сборных резервуаров для приема фекальных сточных вод и бытовых сточных вод, образующихся на борту; блок первичной очистки, состоящий из одного или нескольких ленточных фильтров; блок вторичной очистки, состоящий из одного или нескольких фильтров для микрофильтрации и/или ультрафильтрации, принимающих фильтрат от блока первичной очистки; блок третичной очистки, содержащий по меньшей мере один озонирующий модуль, принимающий фильтрат от блока вторичной очистки. В контексте настоящего описания термином «сборный резервуар» обозначен резервуар, который обычно работает под вакуумом, приспособлен для приема сточных вод и для непрерывной подачи этих вод в блок первичной очистки без промежуточной стадии хранения. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что сочетание ленточного фильтра, стадии микрофильтрации или ультрафильтрации и модуля озонирования подходит для требуемой очистки всех фекальных сточных вод и бытовых сточных вод, образующихся на борту судов, до состояния, при котором возможен последующий сброс за борт очищенных сточных вод или их рециркулирования на борту в качестве технической воды (то есть пресной воды, непригодной для питья). Этот результат является довольно неожиданным, учитывая, что сточные воды, собираемые на борту и хранящиеся до последующей обработки или утилизации на суше в соответствии с предшествующим уровнем техники, совсем не пригодны для успешной обработки с помощью указанного выше сочетания агрегатов. Не желая быть связанными какой-либо теорией, можно предположить, что хранение фекальных и бытовых сточных вод даже в течение нескольких дней приводит к изменениям в составе материала, предназначенного для обработки, возможно вследствие реакций между различными загрязняющими веществами, приводя в результате к необходимости более жесткого режима обработки на более поздней стадии. Немедленная подача образующихся на борту сточных вод на установку по настоящему изобретению имеет преимущество в обеспечении дешевой, малоразмерной и эффективной обработки, которую можно производить при выпуске стоков в сборные резервуары и которая не требует использования химикатов. В одном варианте осуществления блок третичной очистки содержит обратноосмотический фильтр, расположенный после модуля озонирования и имеющий преимущество в дополнительном повышении качества очищенной воды на выходе установке. В одном варианте осуществления применяют по меньшей мере два сборных резервуара, которые непрерывно питают блок первичной очистки, причем один из резервуаров принимает только бытовые сточные воды из кухни и камбуза. В этом случае оставшиеся бытовые сточные воды и фекальные сточные воды собирают в одном или более дополнительных сборных резервуарах. Это имеет преимущество в рационализации гидравлических соединений на борту судна. Например, в одном варианте осуществления сборный резервуар, принимающий бытовые стоки из кухни и камбуза, оснащен установленным после него маслоуловителем, который дает преимущество в облегчении режима последующей обработки в блоке первичной очистки. Разделение сборных резервуаров в этом случае имеет преимущество в том, что в маслоуловитель подают ограниченное количество воды, соответствующее только потоку воды, загрязненному остатками масла, благодаря чему повышается эффективность, а также сокращается длительность обработки и размер блока первичной очистки. В одном варианте осуществления все фильтры, входящие в состав установке, полностью автоматизированы и имеют функцию самоочищения. В одном варианте осуществления блок первичной очистки данной установке может удалять ОВВ в количестве более 50%, а блок вторичной очистки этой установке может удалять ОВВ в количестве более 90%. Специалист в данной области техники может легко определить, как рассчитать размеры различных блоков для достижения таких величин, которые обнаружили авторы изобретения, чтобы быть пригодными для легкого получения желаемых результатов в отношении габаритов и эффективности данной установке в целом.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу очистки сточных вод, образующихся на борту судов, на установке, описанной выше, где этот способ включает следующие стадии, проводимые в непрерывном цикле: подачу фекальных сточных вод и бытовых сточных вод из сборных резервуаров в блок первичной очистки, в котором проводится фильтрация посредством ленточного фильтра; подачу соответствующего фильтрата в блок вторичной очистки, где проводится микрофильтрация или ультрафильтрация; подачу последующего фильтрата в блок третичной очистки, где проводится озонирование и, при необходимости, обратноосмотическая фильтрация. В одном варианте осуществления очищенную воду, выходящую из этой установке, направляют для сброса за борт. В альтернативном варианте осуществления очищенную воду, выходящую из этой установке, полностью или частично используют вторично в качестве технической воды.

Далее будут описаны некоторые примеры реализации, иллюстрирующие настоящее изобретение со ссылкой на прилагаемые чертежи, единственная цель которых заключается в иллюстрации взаимного расположения различных элементов относительно указанного конкретного примера реализации изобретения; в частности, чертежи не обязательно нарисованы в масштабе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 схематически показана установка для очистки сточных вод в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 схематически показана установка для очистки сточных вод в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 схематически показана установка для очистки сточных вод в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Со ссылкой на прилагаемые чертежи, установка для очистки сточных вод, установленная на круизном судне, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения содержит сборный резервуар 1 для временного размещения всех сточных вод, образующихся на судне. Воды, собранные в резервуаре 1, направляют по трубопроводу 10 в систему 11 очистки. На выходе системы 11 установлен трубопровод 12, из которого выпускают очищенную воду, готовую для сброса за борт или для подачи в резервуар технической воды (не показан).

Система 11 очистки содержит блок первичной очистки, оснащенный ленточным фильтром 13, который принимает сточные воды из резервуара 1, направляя соответствующий фильтрат в блок вторичной очистки, оснащенный микрофильтрационным фильтром 14. Ленточный фильтр 13 содержит также выпуск 15 для твердых веществ. Микрофильтрационный фильтр 14 также содержит выпуск 16 для твердых веществ. В альтернативном варианте осуществления твердые вещества из выпуска 16 могут быть поданы во впуск фильтра 13 так, чтобы обеспечить систему 11 с выпуском 15, служащим в качестве единственного выхода для твердых веществ.

Твердые вещества из выпуска 15 фильтра 13 и твердые вещества из выпуска 16 фильтра 14 собирают с целью последующего удаления.

Очищенную воду, поступающую из микрофильтрационного фильтра 14, подают в блок третичной обработки, оснащенный озонирующим модулем 17 и трубопроводом 12, из которого вытекает очищенная вода.

Установка для очистки сточных вод в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения содержит, аналогично с предыдущим случаем, сборный резервуар 1 для временного размещения всех сточных вод, образующихся на судне, и систему 20 очистки.

В этом случае воду, выходящую из блока третичной очистки, содержащего озонирующий модуль 17, направляют в обратноосмотический фильтрационный блок 21. На выходе фильтра 21 установлен трубопровод 12, из которого вытекает очищенная вода, готовая для сброса за борт. В третьем варианте осуществления настоящего изобретения сточные воды разделяют на два отдельных потока: воды, поступающие с кухонь и камбуза, собирают в первый сборный резервуар 31, а фекальные сточные воды и оставшиеся бытовые сточные воды собирают во второй сборный резервуар 30.

Воды, выпущенные из резервуара 30, направляют по трубопроводу 10 непосредственно в систему очистки, то есть в систему 11 в соответствии с первым вариантом осуществления или в систему 20 в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Воду, выпущенную из резервуара 31, направляют в маслоуловитель 32, а из него по трубопроводу 10 подают в систему 11 или 20.

ПРИМЕРЫ

Следующие примеры соответствующих вариантов осуществления представлены для иллюстрации конкретных методов внедрения настоящего изобретения на практике. Специалисты в данной области техники должны понимать, что оборудование, компоновки и методы, раскрытые ниже, представляют оборудование, компоновки и методы, найденные авторами изобретения для хорошего функционирования настоящего изобретения на практике; однако, в свете настоящего описания специалисты в данной области техники должны понимать, что можно сделать многочисленные изменения в конкретных вариантах осуществления, которые описаны здесь, и все еще получить подобный или сходный результат без отклонения от объема изобретения.

Блок первичной очистки, оснащенный ленточным фильтром 13, является критическим компонентом для успешной работы судовой установке для очистки сточных вод. В отличие от наземных очистных установок, где фекальные сточные воды сильно разводят дождевой водой и бытовыми сточными водами, на борту пассажирских судов этот поток имеет высокую концентрацию, поскольку система сбора работает под вакуумом, то есть используя меньше транспортировочной воды. Кроме того, очистку начинают немедленно после сбора, минимизируя таким образом явление разведения загрязнителей водой. Благодаря применению высокоэффективной фильтрации сточных вод этого типа появляется возможность удаления большого количества ХПК и БПК₅, поскольку эти загрязнители еще не растворяют полностью и непосредственно в транспортировочной воде.

Для того, чтобы избежать неопределенности, в контексте настоящего описания:

- термин «ХПК» используют для обозначения Химической Потребности в Кислороде; величина ХПК, выраженная в миллиграммах кислорода на литр (мгО₂/л), представляет собой количество кислорода, требующегося для завершения химического окисления органических и неорганических соединений, присутствующих в пробе воды;

- термин «БПК₅» используют для обозначения Биохимической Потребности в Кислороде, определяемой количеством кислорода, который используется в течение пяти суток аэробными микроорганизмами для разложения органических веществ, присутствующих в литре воды или водного раствора, в темноте и при температуре 20°С.

Авторы изобретения обнаружили, что в качестве фильтра 13 можно использовать фильтр типа, продаваемого на рынке компанией Salsnes Filter AS под названием SF1000 или SF2000. Этот фильтр содержит устройство, имеющее наклонную бесконечную фильтрующую ленту, приводимую в движение серией роликов внутри контейнера, через который принудительно пропускают сточные воды, причем лента содержит участок, который двигается горизонтально с фильтратом, обращенным вниз. За лентой расположено дутьевое устройство, которое испускает струю воздуха по направлению на ленту для того, чтобы удалить остатки, отделяемые от ячеек фильтра и отводимые посредством шнекового конвейера, расположенного под дутьевым устройством.

Несмотря на малый размер, фильтр 13 способен очищать воду с расходом 10 л/с. Фильтр может удалять ОВВ в количестве 40-70%, обычно более чем 50%, и БПК в количестве 15-40%, обычно более чем 20% без применения химических продуктов. Этот фильтр полностью автоматизирован.

В блоке вторичной очистки в качестве микрофильтрационного фильтра 14 можно использовать самоочищающийся патронный фильтр, например, фильтры, продаваемые на рынке фирмами Everblue и Filtrex. Степень фильтрации патронов фильтра может составлять от 1 до 80 мкм. Патроны очищают автоматически с помощью воды под давлением и накапливают твердые частицы вне патронов.

Несколько фильтров одного типа можно добавлять последовательно и в одном из примеров успешного внедрения настоящего изобретения на практике использовали три фильтра одного типа, расположенных последовательно и обладающих степенью фильтрации 80, 20 и 1 мкм соответственно. Внутри каждого фильтра содержится несколько патронов. Успешные испытания были также выполнены на 20-микронном микрофильтре, присоединенном к модулю ультрафильтрации Oltremare 750 кДа. Фильтр 14 способен очищать и фекальные сточные воды и бытовые сточные воды, обеспечивая снижение содержания ОВВ в количестве 70-95%, а обычно более чем 90% для твердых частиц размером более 25 мкм, а также снижение ХПК в количестве 40-60%, а обычно более чем 50%.

Блок третичной очистки содержит полную систему 17 озонирования, такую как поставляемую компанией O.E.I. Ozono Elettronica Internazionale, сконструированную так, чтобы поток воды контактировал с озоном в трубопроводе или резервуаре. Озон с концентрацией 2-4 масс.%, считая по воздуху, или 6-15 масс.%, считая по кислороду, приводят в соприкосновение с обрабатываемой водой посредством системы, оснащенной насосом Вентури.

Корректное время контакта обеспечивают посредством трубопровода, сконструированного так, чтобы поток обрабатываемой воды соответствовал данному периоду времени.

После системы контакта вода/озон может быть расположена система обработки ультрафиолетовым излучением. Такая система гарантирует полное отсутствие остаточного озона, растворенного в воде перед ее подачей в выпускной трубопровод 12.

Обратноосмотический блок 21, при низком давлении, это фильтр, основанный на полупроницаемых мембранах, где вода может проходить через эти мембраны, а ионы и большие молекулы, например органические вещества, не могут пройти.

Следовательно, поступающие в блок сточные воды разделяются на поток чистой воды (пермеат) и высококонцентрированные сточные воды (концентрат).

Обратноосмотический блок можно также использовать для удаления тяжелых металлов, например, меди, никеля, цинка, и остаточных азотных соединений. В этом блоке можно применять мембрану, изготовленную из композитной пленки полиамида и полисульфона. Мембрану можно очищать автоматическим методом.

В качестве маслоуловителя 32 можно применять маслоуловитель, продаваемый на рынке компанией FM Environmental Ltd. под названием Titan Class D10. Этот блок разделен на несколько частей и способен обрабатывать поток с расходом 10 л/с. Маслоуловитель может удалять до 99% жировых веществ (то есть до 72 кг жиров в час). Сточные воды поступают в диффузор и все крупные частицы пищи улавливаются в первичном фильтре (крупные частицы). Свободные от твердых частиц сточные воды текут далее в главный резервуар. Оседающую суспензию периодически прокачивают через вторичный фильтр (мелкие частицы). Крупные и мелкие частицы собирают в резервуар. После подачи воды в главный резервуар жиры, которые легче воды, отделяют под действием силы тяжести и оставляют в ловушке. Маслоуловитель 32 можно оснастить системой автоматической очистки.

Программный цикл удаления начинается в первую очередь с перемешивания воды посредством диспергированного воздуха. Это способствует дальнейшему отделению взвешенных блоков жира и подачи стоков к механизму выгрузки. Затем стоки взбивают и расплавляют жир. Расплавленный жир снимают и перемещают во внешние контейнеры.

Ленточный фильтр 13 и микрофильтрационный фильтр 14 могут удалить более 90% ОВВ, поэтому на входе модуля 17 содержание ОВВ будет ниже 5%, что делает озонирование весьма эффективным.

Конкретная особенность способа обработки, описанного выше, заключается в том, что цикл 15 является непрерывным. Сточные воды, находящиеся в резервуарах 1,30,31, подают непосредственно в систему 11 или 20 очистки, не допуская отстаивания этих вод в резервуарах.

В одном действующем примере настоящего изобретения в систему подавали только бытовые сточные воды из жилых помещений. При этом получили результаты, представленные в таблице 1. В случае подачи только фекальных сточных вод получили результаты, представленные в таблице 2.

Таблица 1

Таблица 2

Предшествующее описание не преследует цель ограничить настоящее изобретение, которое можно использовать в соответствии с различными вариантами осуществления без отклонения от объема изобретения, и объем патентных прав которого определяется исключительно прилагаемой формулой.

Как в описании, так и в формуле настоящего изобретения термин «содержать» и его вариации, такие как «содержащий» и «содержит» не предназначены для исключения наличия других элементов, компонентов или дополнительных стадий способа.

Обсуждение документов, актов, материалов, устройств, деталей и т.п. включено в настоящее описание исключительно с целью обеспечения контекста настоящего изобретения. Не предлагается или не представляется, чтобы любой или все эти вопросы являлись частью предшествующего уровня техники или были общими обычными знаниями в области, относящейся к настоящему изобретению, до даты приоритета каждого пункта формулы изобретения данной заявки.

Реферат

Изобретение относится к очистке сточных вод на борту судов. Установка для очистки сточных вод на борту судов содержит по меньшей мере один сборный резервуар, соединенный с впуском фекальных сточных вод и бытовых сточных вод, образующихся на борту; блок первичной очистки, содержащий по меньшей мере один ленточный фильтр; блок вторичной очистки, содержащий по меньшей мере один фильтр для микрофильтрации или ультрафильтрации; блок третичной очистки, содержащий по меньшей мере один модуль озонирования; средство для непрерывной подачи фекальных сточных вод и бытовых сточных вод из указанного по меньшей мере одного сборного резервуара в блок первичной очистки; средство для подачи фильтрата из блока первичной очистки в блок вторичной очистки; средство для подачи фильтрата из блока вторичной очистки в блок третичной очистки. Достигается эффективность установки для повторного использования воды для различных целей или для осуществления последующего сброса за борт судна. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Формула