Результат интеллектуальной деятельности: ИЛОУПЛОТНИТЕЛЬ

Изобретение относится к очистке бытовых и промышленных сточных вод, а именно к уплотнению избыточного активного ила в гравитационных илоуплотнителях.

При очистке сточных вод возникают проблемы, связанные с удалением относительно крупных загрязнений, плавающих на поверхности, а также очистки от загрязнений и обрастаний конструктивных элементов очистных сооружений.

Известен агрегат для механической очистки сточных вод (патент РФ №2178771). Агрегат представляет собой конструкцию, содержащую корпус, устройство для отбора и фильтрации отходов, механизм очистки его рабочей поверхности в процессе работы. Устройство для отбора и фильтрации отходов выполнено в виде барабана. Механизм очистки включает встряхиватель и щетку, установленные на одном рычаге с общей осью качения, закрепленной вдоль корпуса в верхней его точке, и свободно лежащие на выступающих наружу частях крючков-ловителей.

Агрегат работает следующим образом. Сточные воды, проходя по каналу, попадают в заборную камеру, на выходе из которой установлен барабан агрегата. Сточные воды из камеры попадают внутрь барабана и, проходя через устройство отбора и фильтрации, размещенное на цилиндрической образующей барабана, заставляют вращаться последний относительно своей оси с линейной скоростью потока. Эта конструкция агрегата для очистки сточных вод предполагает отказ от источника электрической энергии.

Этот агрегат может работать только в условиях установки его в потоке жидкости.

Однако в технологическом процессе очистки сточных вод всегда имеет место отстаивание сточных вод в резервуарах, где поток отсутствует или имеет минимальную скорость, которая не позволяет использовать агрегаты, подобные описанному выше, для очистки от загрязнений и обрастателей надиловой жидкости, а также конструктивных элементов очистных сооружений.

В частности, это имеет место в илоуплотнителях. Уплотнение ила - наиболее простой и распространенный способ уменьшения объема осадков, обеспечивающий повышение производительности последующих сооружений по обработке осадков. На уплотнение поступают осадки из первичных отстойников, избыточные активные илы, пена после флотационной очистки и т.п.

Наибольшее распространение получили радиальные илоуплотнители гравитационного типа, представляющие собой железобетонные резервуары. Типовые радиальные уплотнители имеют диаметр 18, 24 и 30 м.

Конструкция илоуплотнителя, описанная в а.с. СССР №802200, включает цилиндрический корпус, по оси которого установлен вращающийся вал с вертикальными элементами, сливной канал, установленный по периметру корпуса илоуплотнителя, рама, жестко соединенная с вращающимся валом для крепления скребков (мешалок). Обычно илоуплотнитель имеет зубчатый (со стороны зеркала воды) водослив.

Наиболее близким по техническим решениям, принятым за прототип является илоуплотнитель, описанный в книге Яковлева С.В., Ласкова Ю.М. «Канализация (водоотведение и очистка сточных вод)», изд.7, перераб., допол., учебн., М.: «Стройиздат», 1987. Илоуплотнитель включает цилиндрический корпус, по оси которого установлен вращающийся вал с вертикальными элементами, сливной канал, установленный по периметру корпуса илоуплотнителя и ферму, жестко соединенную с вращающимся валом. Другой конец фермы снабжен колесом, которое перемещается по верхней стенке корпуса илоуплотнителя по рельсовым направляющим. При эксплуатации илоуплотнителя обслуживающий персонал имеет возможность перемещаться по ферме для обслуживания илоуплотнителя.

В нижней части илоуплотнителя вблизи дна установлены мешалки (скребки) для ила. Илоуплотнитель имеет зубчатый (со стороны зеркала воды) водослив.

В процессе эксплуатации илоуплотнителя осветленная вода переливается через зубчатый водослив.

Поверхностные плавающие загрязнения, всплывающий активный ил задерживаются зубьями этого водослива, забивают пространство между ними. Кроме того, зубцы в условиях воздействия надиловой жидкости обрастают водорослями.

В зимнее время поверхность надиловой жидкости, заполненная активным илом, покрывается ледяной коркой. Забивание зубцов водосливов активным илом, обрастание водорослями, а также образование корки на поверхности надиловой жидкости оказывает отрицательное воздействие на степень уплотнения активного ила и нарушает технологический процесс очистки воды. В настоящее время очистка зубчатых водосливов осуществляется вручную с помощью металлических скребков, насаженных на деревянный черенок. Процесс очистки является неэффективным, т.к. не обеспечивается полное удаление загрязнений и водорослей. Работа по очистке является трудоемкой и требует больших трудозатрат, т.к. забивание водосливов происходит постоянно и необходимо обеспечить очистку нескольких илоуплотнителей. Кроме того, ручная работа по очистке водосливов связана с необходимостью длительного пребывания оператора непосредственно в зоне вредных выделений с поверхности надиловой жидкости.

Задачей настоящего изобретения является создание илоуплотнителя, конструкция которого обеспечивает предотвращение нарушения технологии обработки сточных вод путем повышения качества очистки зубчатого водослива и поверхности надиловой жидкости при условии снижения трудоемкости эксплуатации илоуплотнителя, а также исключения ручного труда операторов во вредных условиях.

Техническим результатом является повышение качества очистки от загрязнений зубчатого водослива и поверхности надиловой жидкости, а также снижение трудоемкости, улучшение удобства и повышение безопасности эксплуатации илоуплотнителя.

Поставленная задача решается тем, что в илоуплотнителе, имеющем цилиндрический корпус, по оси которого установлен вертикальный вращающийся вал, сливной канал, размещенный по периметру корпуса илоуплотнителя с внутренней его стороны, и снабженные зубчатым водосливом со стороны зеркала воды, ферму, один конец которой жестко соединен с указанным валом, снабженной на другом своем конце колесом для перемещения по направляющим, установленным на верхней поверхности корпуса илоуплотнителя, мешалку, закрепленную на валу вблизи дна илоуплотнителя, в соответствии с изобретением на ферме с возможностью вращения вокруг своей оси закреплена цилиндрическая щетка, размещенная так, что ее щетина располагается по обе стороны зубчатого водослива, средства для крепления указанной щетки снабжены поворотным узлом, обеспечивающим возможность вертикального перемещения указанной щетки при движении по водосливу, при этом угол между осью указанной щетки и касательной к зубчатому водосливу составляет 60-70°, а ось вращения щетки электрически соединена с электродвигателем. На ферме имеется установленный под углом 20-30° к вертикальной плоскости, проходящей через ось фермы, грязесборник в виде пластины, погруженной в надиловую жидкость на глубину 0,25-0,3 высоты пластины, снабженной гибкой вставкой со стороны водослива и расположенной за щеткой по направлению движения фермы.

Отличительными признаками заявленного изобретения являются следующие:

- Корпус блока щеток, укрепленный на ферме илоуплотнителя с помощью поворотного узла и возможностью вертикального перемещения указанной щетки при движении по водосливу. Вариантом является исполнение поворотного узла в виде шарнира, один из элементов которого связан с фермой илоуплотнителя, а другой - с корпусом блока щеток с размещенными на нем механизмами. Подвешенное нефиксированное положение корпуса блока щеток с установленными на нем механизмами и поворотного узла обеспечивается соединением с фермой илоуплотнителя с помощью пружин, что в свою очередь способствует эффективной очистке водослива независимо от существенного отклонения диаметра водослива и высоты рельсового пути от нормы.

- Блок щеток установлен с возможностью изменения угла между осью вал-щетка и ребром водослива в пределах 20-30°. При регулировке положения щетки в этих пределах определяется положение щетки, при котором обеспечивается охват щетками участка водослива наибольшей площади. Благодаря тому, что щетка развернута относительно водослива, конструкция обеспечивает эффективную очистку как наружной, так и внутренней поверхности зубцов водослива.

При увеличении угла до 90° зубцы водослива будут попадать между дисковыми элементами щетки и эффективность очистки снизится, а при уменьшении угла до 0° ворс щетки будет цепляться за зубцы водослива и быстро изнашиваться, что уменьшает ее долговечность.

- Вариантом исполнения является расположение щетки с углублением в надиловую жидкость на 0,25-0,3 высоты ворса. Такое заглубление обеспечивает оптимально эффективную работу щетки: очистку поверхности зубцов водослива и перекидывание загрязнений и сгустков плавающего ила через зубцы водослива в сливной канал.

- На ферме под углом 20-30° к вертикальной плоскости, проходящей через ось фермы, на кронштейнах установлен грязесборник в виде прямоугольной пластины из листовой стали длиной, соответствующей 4/5 радиуса водослива, погруженной в надиловую жидкость на глубину 0,25-0,3 высоты пластины, снабженной гибкой вставкой из резины со стороны водослива и расположенной за щеткой. Уменьшение угла расположения грязесборника и увеличение заглубления пластины грязесборника приводит к неоправданному увеличению сопротивления движению фермы. Увеличение этого угла и уменьшение заглубления пластины снижает эффективность сбора загрязнений и плавающего ила. Блок щеток и грязесборник функционально связаны между собой, что обеспечивает наиболее эффективную очистку илоуплотнителя путем создания направленного потока грязи, плавающей на поверхности надиловой жидкости, переброску ее через водослив в сточный канал и в конечном итоге очистку водослива.

Безопасность эксплуатации установки обеспечивается расположением блока щеток на ферме илоуплотнителя с задней стороны по ходу движения фермы, а также выбором скорости вращения щеток, вызывающей минимальное образование брызг без снижения эффективности очистки водослива. В этом случае исключается попадание капель вредной надиловой жидкости на оператора.

По сведениям, имеющимся у авторов, приведенные отличительные признаки являются новыми и в технической литературе не представлены. Совместное их применение в заявленной конструкции позволяет получить требуемый положительный технический результат.

Технический результат обеспечивается путем:

1. Повышения качества очистки зубчатого водослива и поверхности надиловой жидкости вследствие того, что

- корпус блока щеток укреплен на ферме илоуплотнителя с помощью поворотного узла и регулировочных пружин, что способствует эффективной очистке водослива независимо от существенного отклонения диаметра водослива и высоты рельсового пути от нормы;

- установка поворотного узла и пружин обеспечивает подвешенное и нефиксированное положение блока щеток с установленными на нем механизмами, что в свою очередь способствует эффективной очистки водослива;

- блок щеток установлен с возможностью изменения угла между осью вал-щетка и ребром водослива в пределах 20-30°, при котором обеспечивается охват щетками участка водослива наибольшей площади;

-грязесборник выполнен в виде прямоугольной пластины из листовой стали длиной 4/5 радиуса водослива, погружен в надиловую жидкость на глубину 0,25-0,3 высоты пластины, снабженной гибкой вставкой из резины, скользящей по внутренней поверхности водослива, установлен на кронштейнах под углом 20-30° к вертикальной плоскости, проходящей через ось фермы, и обеспечивает эффективный сбор загрязнений с поверхности надиловой жидкости;

- блок щеток и грязесборник, функционально связанные между собой, обеспечивают эффективную очистку илоуплотнителя путем создания направленного потока грязи, плавающей на поверхности надиловой жидкости, переброску ее через водослив в сточный канал и в конечном итоге очистку водослива;

- дополнительно блок щеток может быть углублен в надиловую жидкость на 0,35-0,3 высоты ворса, что обеспечивает очистку поверхности зубцов водослива и перекидывание плавающего ила через зубцы водослива в сливной канал.

2. Исключения ручного труда операторов во вредных условиях и снижения трудоемкости эксплуатации илоуплотнителя, обеспечивающегося установкой блока щеток и грязесборника.

3. Обеспечения безопасности илоуплотнителя путем размещения блока щеток и грязесборника с задней стороны фермы по ходу ее перемещения, а также величины заглубления блока щеток.

Ниже изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:

фиг.1 схематически изображает общие вид илоуплотнителя, выполненного согласно изобретению;

фиг.2 изображает пример исполнения блока щеток для очистки зубчатого водослива, выполненный согласно изобретению;

фиг.3 изображает вариант конструкции поворотного узла щетки, в поперечном разрезе.

Как показано на фиг.1, илоуплотнитель включает следующие основные элементы: корпус 1, по оси которого установлен вертикальный вращающийся вал 2, сливной канал 3, установленный по периметру корпуса 1 илоуплотнителя с внутренней его стороны. Сливной канал 3 снабжен зубчатым водосливом 4 со стороны зеркала воды. На валу 2 установлена ферма 5, один конец которой жестко соединен с валом 2. Вблизи днища илоуплотнителя на валу закреплена мешалка 6. Ферма 5 снабжена на другом своем конце колесом 7 для перемещения по направляющим 8, установленным на верхней поверхности корпуса 1 илоуплотнителя. На ферме 5 с возможностью вращения вокруг своей оси закреплена цилиндрическая щетка 9, состоящая из плоских дисковых элементов, насаженных на вал. Щетина щетки 9 располагается по обе стороны зубчатого водослива 4. Средства для крепления щетки 9 снабжены поворотным узлом 10. Угол между осью щетки 9 и касательной к зубчатому водосливу 4 (его ребром) составляет 60-70°, а ось вращения щетки 9 электрически соединена с мотор-редуктором 11.

Блок щеток 12 (фиг.1), более подробно представленный на фиг.2, состоит из вала-щетки 9 с подшипниковым узлом 13 (рабочий орган), установленной в корпусе 14 блока щеток 12 и соединенной с мотором-редуктором 11, закрепленным на раме 15 блока щеток 12.

Корпус 14 блока щеток 12 с установленными на нем валом щетки 9 и мотором-редуктором 11 укреплен на ферме 5 илоуплотнителя с помощью поворотного узла 10. Кроме того, корпус 14 блока щеток 12 со стороны, противоположной поворотному узлу 10, подвешен с помощью регулирующих пружин 16 к кронштейнам 17, установленным на ферме 5 уплотнителя, и соединен с фермой 5 с помощью страховочной цепи 18. Страховочная цепь 18 предохраняет корпус 14 блока щеток 12 с установленными на нем механизмами от падения при обрыве пружин, а также при монтаже и демонтаже установки.

В целях обеспечения эффективности очистки зубчатого водослива с помощью разработанной установки предусмотрена возможность расположения оси вала-щетки под углом 20-30° к ребру (касательной) водослива. В этом случае возможно определение положения щетки, при котором она соприкасается с водосливом, охватывая участок наибольшей площади и обеспечивая оптимальный режим очистки водослива. Предусмотрено, чтобы асинхронный двигатель мотора-редуктора работал в прямом и реверсивном режимах, что обеспечивает одинаковые условия очистки правой и левой сторон водослива.

В целях повышения надежности работы установки подшипниковый узел 13 и вал блока щеток выполнены из нержавеющей стали. Сама установка располагается справа от сливного канала 3 по ходу движения фермы 5 илоуплотнителя, а скорость вращения двигателя мотора-редуктора 11 выбрана такой, чтобы без изменения эффективности очистки максимально снизить образование агрессивных брызг, оказывающих коррозионное воздействие на детали установки и вредное влияние на здоровье обслуживающего персонала. Безопасность эксплуатации установки также обеспечивается расположением блока щеток на ферме илоуплотнителя с задней стороны по ходу движения фермы. В этом случае исключается возможность попадания оператора, обслуживающего установку, под колеса 7 фермы 5 илоуплотнителя, движущейся по рельсу 8.

Обеспечение надежности работы установки в условиях существенных отклонений диаметра водослива и высоты рельсового пути (направляющих) от номинальных значений осуществлено за счет того, что корпус 14 блока щеток 12 с установленными на нем механизмами укреплен на ферме илоуплотнителя с помощью поворотного узла 10.

Основными элементами поворотного узла 10, представленного на фиг.3 являются: ось 19, втулка 20, корпус 21, ухо 22, площадка 23, стойка 24 и ребро 25.

Площадка 23 с ухом 22 связана с фермой 5 илоуплотнителя (фиг.2). В ухо 22 вставлена ось 19, на которой вращается текстолитовая втулка 20 с корпусом поворотного узла 10, соединенным со стойкой 24 и ребром 25 (фиг.3), которые в свою очередь связаны с корпусом 14 блока щеток 12 (фиг.2) и установленными на нем механизмами.

Работа поворотного узла обеспечивает подвешенное нефиксированное положение корпуса блока щеток с установленными на нем механизмами и соединенного с фермой илоуплотнителя с помощью пружин. Такое положение и конструкция блока щеток обеспечивает эффективную очистку водослива независимо от существенного отклонения диаметра водослива и высоты рельсового пути от нормы.

На ферме 5 (фиг.1) установлен грязесборник в виде прямоугольной пластины 26, выполненной из листовой стали длиной, соответствующей 4/5 радиуса зубчатого водослива илоуплотнителя, погруженной в надиловую жидкость на одну треть высоты, и подвешенной на кронштейнах 27 к ферме 5 илоуплотнителя на подвесках 28. Со стороны зубчатого водослива 4 к пластине 26 прикреплена гибкая вставка 29 из резины.

Пластина грязесборника 26 устанавливается под углом 20-30° к оси, проходящей через середину фермы 5. При уменьшении угла менее 20° не будет создаваться достаточный направленный поток надиловой жидкости с плавающими загрязняющими поверхность веществами к блоку щеток и далее в сливной канал.

При угле более 30° будут создаваться завихрения надиловой жидкости, оказывающие дополнительное сопротивление движению фермы илоуплотнителя, при этом повышение качества очистки поверхности от загрязнений не произойдет. Гибкая вставка 29, закрепленная на прямоугольной пластине 26 грязесборника, скользит по внутренней поверхности зубчатого водослива 4, образуя между водосливом и грязесборником зону сбора и транспортировки надиловой жидкости к зубчатому водосливу и далее в сливной канал.

Установка работает следующим образом. При подаче напряжения на двигатель мотора-редуктора 11 щетка 9 начинает вращаться и обрабатывает поверхность зубчатого водослива 4, обеспечивая его очистку от грязи. Кроме того, щетка 9 перекатывает грязь и сгустки ила, плавающие на поверхности илоуплотнителя и собранные грязесборником 26, через зубцы водослива 4 в сливной канал 3.

Грязесборник 26 собирает все загрязнения с поверхности надиловой жидкости илоуплотнителя. В зимний период грязесборник, барботируя надиловую жидкость, препятствует образованию наледи на ее поверхности. Совместная работа щетки и грязесборника создает течение, которое способствует сбору с поверхности надиловой жидкости грязи и перемещению ее в сторону зубчатого водослива и сливного канала.

Очистка илоуплотнителя от грязи с помощью разработанной установки предотвращает нарушение технологического цикла очистки сточных вод и освобождает операторов от неэффективного труда в условиях вредных испарений с поверхности надиловой жидкости.

Таким образом, заявляемая конструкция обеспечивает очистку зубчатого водослива и повышение эксплуатационных характеристик илоуплотнителя. При этом исключается ручной труд по очистке водослива и снижается трудоемкость обслуживания очистных сооружений.

Заявленное техническое решение может быть реализовано на существующих илоуплотнителях при использовании доступных материалов и агрегатов.