Система для очистки и утилизации тепла сточных вод

СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА СТОЧНЫХ ВОД Настоящее изобретение относится к области очистке сточных вод и к области утилизации тепла и может быть использовано для обогрева зданий, расположенных вблизи очистных сооружений,подогрева воды, а также для улучшения экологии окружающей среды. Согласно изобретению система для очистки и утилизации тепла сточных вод содержит теплообменник-утилизатор,который заполнен хладагентом и последовательно соединен с терморегулятором, испарителем и компрессором, образуя тепловой насос. Испаритель имеет тепловой контакт с трубой слива сточных вод на ее выходном участке, расположенном после блока очистки сточных вод. На выходном участке трубы слива сточных вод после испарителя расположена камера насыщения сточных вод кислородом. Достигаемый технический результат - повышение эффективности очистки и утилизации тепла сточных вод. Настоящее изобретение относится к области очистке сточных вод и к области утилизации тепла и может быть использовано для обогрева зданий, расположенных вблизи очистных сооружений, подогрева воды, а также для улучшения экологии окружающей среды. Известна система для очистки и утилизации тепла сточных вод (см. патент на изобретение РФ 2161763, опубл. 2001 г.), выполненная в виде фильтровально-теплообменного аппарата, включающего цилиндрический корпус, заполненный теплоносителем, змеевик для нагреваемой среды с входным и выходным патрубками, подключенными к нижней части корпуса, отличающийся тем, что в корпусе размещен слой сыпучего фильтрующего материала, в который погружены по меньшей мере четыре трубчатых змеевика, концентрично расположенных один внутри другого, при этом входные патрубки двух внешних и двух внутренних змеевиков попарно подключены к нижней части корпуса, а выходные патрубки аналогично размещены на верхнем уровне сыпучего фильтрующего материала. Недостатком данной системы является недостаточная эффективность утилизации тепла сточных вод, связанная с низким перепадом температур охлаждения сточных вод, а также невысокая экологичность, связанная с тем, что блок очистки, выполненный в виде фильтрующей насыпи, недостаточно очищает сточные воды, а также сточные воды на выходе имеют низкий процент содержания кислорода и при сливе в водоем нарушают его биологический кислородный баланс. Известна также из уровня техники система для очистки и утилизации тепла сточных вод, включающая трубу слива сточных вод, блок очистки сточных вод, теплообменник-утилизатор (см. патент на изобретение РФ 2418251, опубл. 2011 г.) Данная система взята за прототип к предлагаемому изобретению. В данной системе блок очистки сточных вод выполнен в виде фильтрующей насыпи, содержащей горизонтально расположенную на поверхности насыпи систему распределения сточных вод по поверхности насыпи, выполненную из дренажных труб, перфорированных сверху, один или несколько слоев фильтрующего материала, расположенных сверху вниз в порядке убывания коэффициента фильтрации материала и разделенных между собой пленкой из водопроницаемого материала, препятствующей взаимному проникновению слоев фильтрующего материала. В толще фильтрующих материалов установлено один или несколько теплообменниковутилизаторов низкопотенциального тепла очищаемых сточных вод, причем теплообменникиутилизаторы расположены на границах слоев фильтрующих материалов, где из-за разницы значений коэффициентов фильтрации материалов образуется подпор и накопление фильтруемых сточных вод, обеспечивающий интенсификацию теплообмена. Недостатком прототипа является недостаточная эффективность утилизации тепла сточных вод, связанная с низким перепадом температур охлаждения сточных вод, а также невысокая экологичность, связанная с тем, что блок очистки, выполненный в виде фильтрующей насыпи, недостаточно очищает сточные воды, а также сточные воды на выходе имеют низкий процент содержания кислорода и при сливе в водоем нарушают его биологический кислородный баланс. Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить систему для очистки и утилизации тепла, позволяющую, по меньшей мере, сгладить указанные выше недостатки, а именно повысить эффективности очистки и утилизации тепла сточных вод. Для достижения этой цели система для очистки и утилизации тепла сточных вод содержит теплообменник-утилизатор, который заполнен хладагентом и последовательно соединен с терморегулятором,испарителем и компрессором, образуя тепловой насос. Испаритель имеет тепловой контакт с трубой слива сточных вод на ее выходном участке, расположенном после блока очистки сточных вод. Благодаря такой характеристике появляется возможность повысить эффективность отбора тепла сточных вод за счет теплового насоса, содержащего циркулирующий хладагент. Блок очистки сточных вод, выполненный, например, в виде биологической станции очистки, обеспечивает нагревание сточных вод, а тепловой насос способен охлаждать воду практически до 0 С. При этом повышается экологичность, так как блок очистки сточных вод позволяет очищать сточные воды до санитарных норм. А также при понижении температуры сточных вод растет способность насыщения сточной воды кислородом. Существует вариант изобретения, в котором на выходном участке трубы слива сточных вод после испарителя расположена камера насыщения сточных вод кислородом. Благодаря такой характеристике повышается экологичность системы за счет того, что сточные воды насыщаются кислородом до предельного значения, что особенно важно для поддержания биологического кислородного баланса водоема при сливе сточных вод в водоем. Такая характеристика приводит к оздоровлению водоема. Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых фиг. 1 схематично изображает функциональную схему системы для очистки и утилизации тепла сточных вод, согласно изобретению; фиг. 2 - этапы очистки и утилизации тепла сточных вод согласно изобретению. Согласно фиг. 1 система для очистки и утилизации тепла сточных вод включает блок очистки сточ-1 018896 ных вод 1 и тепловой насос 2, включающий последовательно соединенные испаритель 3, компрессор 4,теплообменник-утилизатор 5 и терморегулятор 6. Испаритель имеет тепловой контакт с трубой слива сточных вод 7. Труба слива сточных вод 7 включает в себя участки ABCD. На участке АВ распложен блок очистки сточных вод 1, на участке ВС - тепловой насос 2, на участке CD - камера 8 насыщения сточных вод кислородом. В качестве блока очистки сточных вод можно использовать станцию глубокой биохимической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, содержащую следующие элементы: трехкамерный отстойник,биореактор с погруженной загрузкой (биофильтр),ламинарный отстойник,систему коагуляции,систему обеззараживания осадка,систему удаления чистой воды,гидравлическую систему сбора и возврата осадка. Тепловой насос представляет собой отдельный замкнутый контур, предназначенный для переноса тепла от участка трубы слива сточных вод ВС к теплообменнику-утилизатору 5. Внутри этого контура находится хладагент, а именно жидкость с низкой температурой кипения, например фреон, аммиак. Испаритель 3 теплового насоса 2 имеет тепловой контакт с трубой слива сточных вод, для чего испаритель 3 может быть выполнен как змеевик, обернутый вокруг участка ВС трубы слива сточных вод,или же он может находиться непосредственно внутри участка ВС трубы слива сточных вод. Теплообменник-утилизатор 5 позволяет выводить из системы тепло, которое может быть использовано для отопления непосредственно самого дома или помещения или нескольких домов или помещений; для подогрева горячей воды, используемой в водопроводе и в системе отопления; в котельной, которая участвует в обеспечении теплом одного или нескольких домов. Камера 8 насыщения кислородом соединена со станцией подачи сжатого воздуха. Устройство камеры насыщения сточных вод кислородом 8 - это пластиковая емкость, на дне которой располагаются аэраторы (пластиковые трубы, забранные в пленочные мембранные элементы аэрации). Высокотехнологичный способ микроперфорации мембраны аэратора обеспечивает образование мелких пузырей, предотвращает возвратное проникание жидкости при технологических или аварийных паузах подачи воздуха и, следовательно, исключает ее загрязнение. Материал мембраны эластичен и химически высокостоек к гидролизу и влиянию микроорганизмов. Пленочные аэраторы имеют высокую степень насыщения кислородом и имеют срок службы 5-15 лет. Воздух подается с помощью компрессора или воздуходувки. Система аэрации имеет возможность регулировки и калибровки интенсивности и объема подачи воздуха для достижения оптимального уровня насыщения стока кислородом. Сбрасывать очищенные стоки можно в водом, на рельеф (в канаву) или в грунт. Для каждого из этих способов есть свои нормативы очистки, но для сброса в водом они значительно строже. Поэтому мы будем рассматривать для примера наиболее сложный вариант работы системы для очистки и утилизации тепла сточных вод, при котором слив производится в естественный водоем. Система для очистки и утилизации тепла сточных вод работает следующим образом (см фиг. 2). Этап Р 1. Подача стока. Неочищенные сточные воды по трубе слива сточных вод 7 подаются в блок очистки сточных вод 1 Этап Р 2. Очистка. Производится в блоке очистки сточных вод: сточные воды происходят грубую,тонкую фильтрации, отстой, несколько ступеней биологической очистки. Сточные воды очищаются до требований санитарных норм, а именно содержание взвешенных веществ не более 3 мг/л, содержание нефтепродуктов не более 0,05 мг/л. Температура сточных вод повышается при этом до 20-40 С. Этап Р 3. Охлаждение. После очистки сточной воды до требований санитарных норм вода поступает в участок ВС трубы слива сточных вод, в котором происходит ее тепловой контакт с испарителем 3 теплового насоса 2. Здесь происходит понижение температуры сточных вод до диапазона значений от 0,1 до 10 С, меньше 0,1 С вода замерзает, больше - система перестает быть эффективной. Но оптимальный диапазон значений 3-5 С. При температуре около 4 С вода имеет максимальную плотность, именно поэтому такая температура у придонных слоев любых естественных водоемов. При этом достигается соблюдение требований экологичности. Этап Р 4. Насыщение кислородом. Сточные воды при низкой температуре имеют возможность максимально насыщаться кислородом. При 4 С сточные воды можно насытить кислородом до значения 12 мг/л. При этом достигается соблюдение требований экологичности. Слив в водоем теплой воды, а тем более горячей воды ввиду низкого содержания в ней кислорода нарушает кислородный баланс водоема,что приводит к постепенному биологическому вымиранию водоема. Этап Р 5. Слив очищенной сточной воды в водоем. В соответствии с предложенным изобретением заявителем изготовлен опытный образец системы для очистки и утилизации тепла сточных вод. В качестве блока очистки использовался блок биологической очистки сточных вод Air Master PRO 15 со следующими параметрами: производительность - 15 м 3/сут.; высота станции - 2500 мм; размеры: площадь основания - 8,7 м 2,ширина модулей - 2,16 м,количество/длина модулей - 1/4 м,высота - 2,5 м; транспортировочный вес - 1,7 т; максимальный рабочий вес - 15,3 т; количество компрессоров (воздуходувок)/насосов - 2-3 шт.; мощность компрессоров (воздуходувок)/насосов - 1,21 кВт; энергопотребление - 0,29 кВтч; напряжение - 220 В. Параметры воды на выходе такой станции соответствуют принятым санитарным нормам, а именно: содержание взвешенных веществ не более 3 мг/л, содержание нефтепродуктов не более 0,05 мг/л. В качестве камеры насыщения сточных вод кислородом использовалась Alta Air Master Pro 35. Испытания опытного образца показали следующие характеристики: возможность использования системы для отопления жилых, производственных и торговых помещений, подготовки горячей воды; высокая надежность работы системы; высокая экологичность: сточные воды на выходе имеют температуру 4 С и содержание кислорода в воде 12 мг/л. Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача - повышение эффективности очистки и утилизации тепла сточных вод. При этом неожиданным преимуществом изобретения является высокая экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВтч тепловой энергии системе необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВтч электроэнергии; со 100 м 3 в сутки снимаем тепла на обогрев 750 м 2 производственноскладских помещений; система не требует эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования; надежность системы, в процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании,возможные манипуляции не требуют особых навыков; теплонасос компактен и практически бесшумен; система практически взрыво- и пожаробезопасна. Нет топлива и открытого огня, никаких вытяжных труб, отсутствуют опасные газы или смеси, т.е. взрываться здесь нечему. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов; остановка функционирования компонентов системы не приводят к поломкам или замерзанию жидкостей. Предлагаемая система для очистки и утилизации тепла сточных вод может использоваться для очистки стока от жилых комплексов, гостиниц, пансионатов, санаториев, коттеджных поселков, микрорайонов, населенных пунктов и т.д., а также промышленных сооружений, молокозаводов; птицефабрик, мясозаготовительных и перерабатывающих предприятий, рыбозаводов, предприятий пищевой промышленности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Система для очистки и утилизации тепла сточных вод, включающая трубу слива сточных вод, блок очистки сточных вод, теплообменник-утилизатор, характеризующаяся тем, что теплообменникутилизатор заполнен хладагентом, последовательно соединен с терморегулятором, испарителем и компрессором, образуя тепловой насос, испаритель имеет тепловой контакт с трубой слива сточных вод на ее выходном участке, расположенном после блока очистки сточных вод, и на выходном участке трубы слива сточных вод после испарителя расположена камера насыщения сточных вод кислородом.