EA020828B1 - Устройство и способ мобильной, окислительной очистки сильно загрязненных сточных вод - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству для очистки и накопления черной воды для бортового туалета на борту транспортного средства, включающему в себя бак для сбора сточных вод с подводящим отверстием для подвода черной воды в бак для сбора сточных вод и отводящим отверстием для отвода черной воды из бака для сбора сточных вод, измельчительное устройство для измельчения крупных компонентов в черной воде, реакторный резервуар, который выполнен, чтобы черную воду в нем подвергать окислительной очистке сточных вод, и противопенный бак, который выполнен, чтобы сокращать пенообразование, которое происходит при очистке сточных вод. Соответственно изобретению отводящее отверстие бака для сбора сточных вод соединяют с измельчительным устройством через трубопровод для сточных вод, трубопровод для сточных вод присоединяют к измельчительному контуру, в котором размещают измельчительное устройство и противопенный бак, и предусматривают первую клапанную систему, которая имеет первое положение, в котором черную воду направляют для циркуляции в измельчительном контуре, и второе положение, в котором воду направляют для циркуляции в окислительном контуре, и в окислительном контуре размещают противопенный бак и реакторный резервуар.

Description

Изобретение относится к устройству для очистки и накопления черной воды для бортового туалета на борту транспортного средства, включающему в себя бак для сбора сточных вод с подводящим отверстием для подвода черной воды в бак для сбора сточных вод и отводящим отверстием для отвода черной воды из бака для сбора сточных вод, измельчительное устройство для измельчения крупных компонентов в черной воде, реакторный резервуар, который выполнен так, чтобы черную воду в нем подвергать окислительной очистке сточных вод, противопенный бак, который выполнен так, чтобы сокращать количество пены, образующейся при очистке сточных вод.

Дополнительным аспектом изобретения является бортовой туалет для транспортного средства.

Устройства и способы для очистки черной воды известны, в частности, как стационарные очистные установки, в которых очищают и проводят подготовку собранных сточных вод города таким образом, что в идеальном случае они приобретают качество питьевой воды, но, по меньшей мере, такое качество, что они настолько освобождены от вредных веществ, чтобы их можно было выпустить в естественный водный поток. Такие очистные установки, как правило, проводят очистку и подготовку смеси серой (слабозагрязненной) воды и черной (сильнозагрязненной) воды, причем под серой или слабозагрязненной водой следует понимать такую воду, которая содержит лишь незначительное количество частиц, например, такую, которая происходит из стоков умывальника, стиральной или посудомоечной машины в домашнем хозяйстве, а под черной или сильнозагрязненной водой следует понимать такую воду, которая сильно загрязнена частицами крупных отбросов и которая, например, получается из стоков туалета.

Для бортовых туалетов на борту транспортных средств, например, таких как транспортные средства на рельсовом ходу, как поезда, или междугородные автобусы, а также самолеты, главным образом известно, что образующуюся в бортовом туалете сильнозагрязненную воду накапливают на борту транспортного средства в баке для сбора сточных вод, пока транспортное средство находится в движении или стоит на стоянке без возможности удаления отходов. Накопленную таким образом сильнозагрязненную воду очищают и обрабатывают с помощью стационарной очистной установки, для чего ее откачивают из бака для сбора сточных вод или, соответственно, отводят в резервуар, затем транспортируют к стационарной очистной установке, и там ее могут соответственно очистить и обработать. При этом под стационарной очистной установкой следует понимать неподвижно смонтированные очистные сооружения, причем под этим также можно понимать такие очистные установки, которые смонтированы на платформе специальной передвижной очистной станции, которая может перемещаться к транспортному средству, бак для сбора сточных вод которого необходимо опорожнить.

Как правило, такие стационарные очистные установки требуют значительного монтажного объема и имеют значительный вес. Поэтому такие стационарные очистные установки стремятся размещать только на немногочисленных рабочих местах, что, в свою очередь, ведет к необходимости сооружения баков для сбора сточных вод с относительно крупными объемами, чтобы обеспечивать работоспособность бортовых туалетов на протяжении периодов времени, которые проходят между заходами в такие точки обслуживания. В принципе, желательно устранить необходимость в накапливании больших количеств сточных вод на борту транспортного средства, поскольку это, с одной стороны, добавляет вес, и, с другой стороны, занимает монтажное пространство внутри транспортного средства. Вместе с тем желательно продление сроков между периодами технического обслуживания бака для сбора сточных вод на борту транспортного средства, чтобы снизить расходы на техническое обслуживание. Из ЕР 1868946 В1 и ЕР 1761674 В1 известны системы очистки сильнозагрязненной воды, которые очищают и обрабатывают сильнозагрязненную воду из бортовых туалетов путем измельчения и окислительной очистки сточных вод. В основном показано, что такой способ хорошо пригоден для того, чтобы настолько улучшить качество сильнозагрязненной воды, чтобы она могла быть просто утилизирована, в частности также могла быть выпущена в естественную поверхностную воду или же могла послужить в качестве слабозагрязненной воды для промывания бортовых туалетов. Правда, очистные установки, описанные в ЕР 1868946 В1 и ЕР 1761674 В1, могут быть дополнительно усовершенствованы в том отношении, что они могут быть выполнены более компактными и могут эксплуатироваться более эффективно, чтобы обеспечить возможность экономичной работы транспортных средств с бортовыми туалетами.

В основу изобретения положена задача создания очистной установки для сильнозагрязненной воды из бортовых туалетов, которая обеспечивает возможность такой экономичной работы транспортных средств с бортовыми туалетами.

Эта задача решена согласно изобретению за счет того, что в устройстве для очистки и накопления сильнозагрязненной воды вышеуказанного типа отводящее отверстие бака для сбора сточных вод соединено с измельчительным устройством через трубопровод для сточных вод, трубопровод для сточных вод оканчивается в измельчительном контуре, в котором расположены измельчительное устройство и противопенный бак, представлена первая клапанная система, которая имеет первое положение, в котором сильнозагрязненную воду направляют для циркуляции в измельчительном контуре, и второе положение, в котором

- 1 020828 воду направляют для циркуляции в окислительном контуре, причем в окислительном контуре расположены противопенный бак и реакторный резервуар.

С помощью соответствующего изобретению водоочистного устройства создана очень компактно выполненная установка, которая чрезвычайно пригодна для применения на борту транспортных средств. Устройство занимает мало монтажного пространства и имеет небольшой вес. К тому же устройство может быть экономично изготовлено и поэтому пригодно для децентрализованного размещения в многочисленных вариантах исполнения. Согласно изобретению в соответствующем изобретению устройстве формируют два различных контура. Оба контура совместно используют противопенный бак, в котором разрушается пена, образующаяся при очистке воды, и тем самым становится возможным процесс окислительной очистки сточных вод. Подключение между измельчительным контуром и окислительным контуром производят с помощью первой клапанной системы. При этом следует понимать, что первая клапанная система может быть сформирована одним или несколькими клапанами с простой функцией перекрывания, которые могут быть смонтированы в различных местах внутри очистной установки, или же первая клапанная система может быть образована посредством одного единственного клапана многоходового действия.

В частности, обрабатываемую сильнозагрязненную воду также можно соответственно направлять в один или в другой контур с помощью соответствующего управления насосом или многочисленными насосами, которые обеспечивают циркуляцию в обоих контурах. В принципе, следует понимать, что в соответствующем изобретению устройстве сильнозагрязненная вода не должна одновременно протекать по обоим контурам, чтобы обеспечить рациональную обработку сильнозагрязненной воды. Скорее напротив, оба контура служат для того, чтобы обрабатываемая сильнозагрязненная вода сначала подвергалась измельчению в измельчительном контуре, причем в этом процессе заданный объем многократно циркулирует в измельчительном контуре, и при этом содержащиеся в нем крупные отбросы измельчаются. При этом объем находится, по существу, внутри противопенного бака. При последующем переключении первой клапанной системы эту черную воду, таким образом подготовленную и смешанную только с частицами меньших размеров, подвергают окислительной обработке в окислительном контуре и в результате этого доводят до качества, которое соответствует, по меньшей мере, серой воде.

После окислительной очистки в окислительном контуре полученная таким образом серая вода может быть удалена из контура путем соответствующего переключения второй клапанной системы, чтобы тем самым создать возможность начать следующий цикл очистки с новым объемом черной воды. Вторая клапанная система может быть выполнена как отдельная клапанная система с простыми запорными клапанами или в виде многоходовых клапанов. К тому же вторая клапанная система может быть предоставлена в функциональном узле с первой клапанной системой посредством одного единственного многоходового клапана, который путем соответствующих положений включения реализует функциональные положения первой и второй клапанных систем. Тогда серую воду, с одной стороны, можно направить в накопительный бак и в нем содержать для промежуточного хранения, чтобы впоследствии использовать в качестве промывной воды для бортового туалета. Альтернативно или в дополнение к этому, части серой воды или вся серая вода также могут быть выпущены во внешнюю среду, так как обработанная серая вода имеет качество, которое допускает это, не вызывая вредных воздействий на окружающую среду.

В принципе, следует понимать, что в соответствующем изобретению очистном устройстве протекание может происходить под действием силы тяжести, но предпочтительно имеется циркуляционное устройство для циркуляции сточных вод в окислительном контуре и/или нагнетательный насос в измельчительном контуре, который (насос) обеспечивает возможность циркуляции черной воды в одном и/или другом контуре. Циркуляционное устройство может быть выполнено в виде одного единственного насоса, используемого обоими контурами. При этом является особенно предпочтительным, когда циркуляционное устройство таким образом размещают в направлении течения до или после противопенного бака, что оно служит для циркуляции сточных вод в окислительном контуре и в измельчительном контуре.

В альтернативном варианте, циркуляционное устройство может быть выполнено из двух отдельных насосов для каждого контура, из которых один служит в качестве циркуляционного насоса окислительного контура и другой как циркуляционный насос измельчительного контура.

В частности, циркуляционное устройство и измельчительное устройство предпочтительно может быть образовано измельчающим и нагнетающим мацератором. В этом случае нагнетательный насос в измельчительном контуре также одновременно производит измельчающее действие, как это происходит, например, в мацераторе с функцией нагнетания. При этом следует понимать, что мацератор, так же как поясненный выше отдельный нагнетательный насос измельчительного контура, служит не только для того, чтобы обеспечивать циркуляцию черной воды в измельчительном контуре, но и для подачи черной воды из бака для сбора сточных вод в измельчительный контур. В сочетании с единственным насосом, действующим для обоих контуров, в этом варианте исполнения добиваются того, что и при циркуляции в окислительном контуре также поддерживается измельчающее действие.

Кроме того, предпочтительно предусматривают, что вторая клапанная система имеет первое положение, в котором черную воду направляют для циркуляции в окислительном контуре, и второе положение, в котором воду выводят из окислительного контура. Благодаря этому обеспечивают возможность

- 2 020828 более эффективной параллельной работы водоочистного устройства.

Кроме того, является преимущественным, когда противопенный бак по меньшей мере в одном пенном участке выполнен круглым в горизонтальном рабочем состоянии поперечном сечении, имеет нижнее впускное отверстие, которое предпочтительно расположено в нижней части противопенного бака на такой высоте, что оно даже при 50%-ной высоте заполнения противопенного бака находится ниже уровня содержимого бака, и имеет размещенное над нижним впускным отверстием верхнее впускное отверстие, направление притока которого ориентировано относительно стенки резервуара таким образом, что протекающая через него жидкость устремляется спирально вниз вдоль внутренней стенки противопенного бака.

Посредством такого выполнения, с одной стороны, получают очень компактную конструкцию противопенного бака, и, с другой стороны, достигают особенно эффективного разрушения пены внутри противопенного бака. При этом можно, с одной стороны, заполнять противопенный бак через нижнее впускное отверстие при меньшем гидравлическом сопротивлении, и, с другой стороны, эффективно разрушать пену, находящуюся в черной воде, посредством введения черной воды через верхнее впускное отверстие внутрь противопенного бака. При этом следует понимать, что верхнее и нижнее впускные отверстия одновременно могут быть использованы для заполнения противопенного бака, чтобы непрерывно вводить большие количества сточных вод и при этом одновременно разрушать поступающую пену. Однако особенно предпочтительно, когда черную воду подают в противопенный бак попеременно через нижнее и верхнее впускные отверстия.

В принципе, в дополнительном усовершенствованном варианте является предпочтительным, когда в направлении течения перед нижним впускным отверстием и/или в непосредственной близости от него размещают уменьшающий образование водоворотов в противопенном баке направляющий участок, преимущественно проходящий наклонно или под прямым углом относительно направления поступающего потока, как, например, Т-образно, крестообразно или Υ-образно разветвленный направляющий участок. Особенная проблема с противопенным баком в соответствующих изобретению водоочистных устройствах состоит в образовании водоворотов, образуемых посредством тангенциального впуска потока. Хотя с помощью тангенциального входного потока можно обеспечивать разрушение пены, однако когда внутри противопенного бака происходит образование водоворотов, которое может иметь место, в частности, при конструктивно благоприятном размещении в самой нижней точке выпускного канала в противопенном баке, имеющем цилиндрическое в поперечном сечении вокруг вертикальной оси, то вследствие этого образования водоворотов в выводимую воду захватывается значительное количество воздуха, что оказывает вредное влияние на процесс. Этот недостаток может проявиться в вышеуказанном усовершенствованном варианте. Посредством выполнения уменьшающего образование водоворотов впуска предотвращают или, по меньшей мере, уменьшают тот эффект, что воздух в таком водовороте будет входить в выпускной канал и тем самым будет включаться в обрабатываемую жидкость и выходить в виде пены или, соответственно, ускорять образование пены.

В частности, верхнее впускное отверстие в пенном участке противопенного бака можно разместить на такой высоте, что при 50%-ной высоте заполнения противопенного бака оно находится выше уровня содержимого бака.

Кроме того, является предпочтительным, когда противопенный бак имеет спускное отверстие, которое расположено в самой нижней точке противопенного бака, так как в самой нижней точке согласно изобретению находится наименьшее количество пены.

При этом верхнее впускное отверстие ориентировано таким образом, что оно обеспечивает тангенциальный или почти тангенциальный впуск внутрь противопенного бака. Это может быть сделано за счет соответствующего выполнения впускного отверстия или проходящим снаружи или внутри стенки корпуса противопенного бака направлением канала для черной воды. Решающее значение для разрушения пены внутри противопенного бака имеет направленный спирально вниз вдоль внутренней стенки бака поток вводимой таким образом через верхнее впускное отверстие черной воды, что путем увлечения твердых и жидких компонентов внутрь пены высвобождает газы, причем добавленные таким образом газы затем могут быть выведены из противопенного бака через газовыпускное отверстие, например, с помощью соответствующих вентиляторов. Соответствующее изобретению водоочистное устройство может быть дополнительно усовершенствовано введением третьей клапанной системы, предпочтительно трехходового клапана, который в первом положении клапана подает циркулирующую в окислительном контуре воду в нижнее впускное отверстие противопенного бака, и во втором положении клапана направляет циркулирующую в окислительном контуре воду в верхнее впускное отверстие противопенного бака. С помощью усовершенствованного таким образом устройства можно направлять воду попеременно в нижнее и верхнее впускные отверстия противопенного бака и тем самым обеспечивать, с одной стороны, введение черной воды с незначительным гидравлическим сопротивлением, и, с другой стороны, разрушение пены внутри противопенного бака.

Кроме того, при этом является предпочтительным, когда соответствующее изобретению устройство дополняют управляющим устройством, которое предназначено для того, чтобы в циклических проме- 3 020828 жутках времени третье клапанное устройство переключать туда и обратно между первым и вторым положением клапана предпочтительно таким образом, что третье клапанное устройство на протяжении первого промежутка времени находится в первом положении клапана, по истечении первого промежутка времени переключается во второе положение клапана, в течение второго промежутка времени остается во втором положении клапана, по истечении второго промежутка времени опять переключается в первое положение клапана, после чего цикл повторяется с самого начала.

С помощью этого усовершенствования может быть достигнуто оптимальное для работы окислительного контура переключение между подачей через нижнее и через верхнее впускное отверстие, и благодаря этому обеспечена особенно быстрая окислительная очистка сточных вод при одновременно максимально возможной компактной конструкции корпуса реактора и противопенного бака. Таким образом, достигают оптимального баланса между притоком через нижний впуск, при котором пена вводится в противопенный бак или формирование пены осуществляется внутри противопенного бака, и притоком через верхний впуск, который разрушает и тем самым уменьшает пену внутри противопенного бака ввиду проходящей по касательной относительно внутренней стенки бака воды, однако при более длительном поступлении потока внутри противопенного бака происходило бы образование водоворотов, которые затем затягивали бы пену в вытекающую из бака воду. При этом следует понимать, что продолжительность первого и/или второго промежутка времени, с одной стороны, может быть жестко предварительно определена, а, с другой стороны, может изменяться в зависимости от других технологических параметров во время циркуляции черной воды в окислительном контуре, в частности может быть управляемой или регулируемой.

При этом первый промежуток времени предпочтительно может быть более длительным, чем второй промежуток времени, в частности вдвое более длительным. В принципе, для эффективной очистки сточных вод желательно циклически пропускать поток через второе положение клапанного устройства, в котором поток проходит через противопенный бак и реакторный резервуар, по возможности, с большей долей времени. Правда, изобретателем настоящего изобретения было обнаружено, что это протекание через реакторный резервуар и происходящее в нем окисление, по существу, обусловливают формирование пены, и слишком большое количество пены в контуре может препятствовать реальному очистному действию или, по меньшей мере, уменьшать его. В частности, пенообразование в реакторе может превосходить разрушение пены в противопенном баке. Поэтому требуется временное ограничение второго положения клапана, чтобы уменьшать пену посредством соответствующей интервалам настройки первого положения клапана и тем самым за счет предотвращения протекания через реакторный резервуар. В определенных вариантах применения, при большей скорости пенообразования, первый промежуток времени также может быть равным второму промежутку времени, или же при особенно высокой скорости формирования пены является также предпочтительным, когда первый промежуток времени будет более коротким, чем второй промежуток времени, чтобы регулярно сокращать образующуюся в процессе пену и ограничивать общее пенообразование.

Кроме того, предпочтительно, когда реакторный резервуар содержит множество электродов, которые подсоединены к одному источнику тока, чтобы производить окислительную обработку воды электролитическим разложением воды, находящейся в реакторном резервуаре в контакте с электродами. Посредством такого выполнения реакторного резервуара происходит особенно эффективная окислительная очистка тем, что в результате электролитического разложения черной воды высвобождаются проявляющие окислительное действие компоненты, которые являются эффективными для очистки сточных вод. При этом электроды могут быть выполнены, в частности, как плоские, решетчатые или проволочные электроды, и, с одной стороны, размещены друг за другом с попеременной полярностью, или же вокруг установленного посередине центрального электрода с одной полярностью расположены электроды с другой полярностью. В частности, в качестве электрода может быть также использована сама стенка корпуса реактора.

При этом, в случае такого выполнения реактора и наличия управляющего устройства, в вышеописанном подходе является особенно предпочтительным, когда управляющее устройство выполнено так, чтобы выбирать частоту переключения третьего клапанного устройства между подачей сточных вод через верхнее и нижнее впускные отверстия и/или продолжительность первого и/или второго промежутка времени, в зависимости от силы протекающего между электродами тока и/или уровня пены в противопенном баке, в частности выбирать более высокую частоту и/или соотношение между первым и вторым промежутками времени при высокой силе тока, чем при меньшей силе тока. Это усовершенствование основывается на том факте, что интенсивность пенообразования в единицу времени зависит от силы тока внутри реактора с электролитическим действием. Поэтому настройку первого и второго промежутка времени можно выполнять, в частности, в зависимости от силы тока внутри реактора. При этом следует понимать, что, с одной стороны, это можно проводить в форме управления, для чего при приложении определенного напряжения и обусловленной этим силы тока реализуют этим управлением предварительно заданную первую частоту переключения или предварительно заданный первый промежуток вре- 4 020828 мени и/или второй промежуток времени, а вторую предварительно заданную частоту переключения и/или другой предварительно заданный первый промежуток времени и/или второй промежуток времени реализуют, когда прилагают к электродам другое напряжение и, соответственно, силу тока. Таким образом, частоту переключения выбирают тем более высокой, т.е. тем чаще производят переключение между верхним и нижним впускным каналом в единицу времени, чем выше сила тока в реакторе и тем самым сильнее пенообразование в окислительном контуре. В другом случае также применимо регулирование, при котором измеряют силу тока, действительно протекающего через электроды, и целесообразную при этой силе тока частоту переключения, соответственно, первый, соответственно, второй промежуток времени считывают из таблицы или определяют с помощью алгоритма и затем соответствующим образом выполняют управление.

В целях управления частотой переключения управляющее устройство может быть, в частности, с помощью сигналов связано с датчиком уровня пены в противопенном баке, чтобы получать от этого датчика входной сигнал, характеризующий уровень пены, и на основе этого входного сигнала управлять переключением или частотой переключения.

Кроме того, предпочтительно, когда управляющее устройство выполнено так, чтобы управлять дозирующим устройством, которое сообщается с резервуаром для противопенного средства и подает это противопенное средство в дозированных количествах в противопенный бак.

Кроме того, дополнительно является предпочтительным, чтобы первое клапанное устройство представляло собой трехходовой клапан, который в первом положении клапана соединяет выпускное отверстие бака для сбора сточных вод с измельчительным контуром, а во втором положении клапана прерывает сообщение между измельчительным контуром и выпускным отверстием бака для сбора сточных вод и создает замкнутый циркуляционный контур. При этом усовершенствовании получают компактное выполнение первого клапанного устройства, которое, с одной стороны, позволяет простым образом заполнять измельчительный контур из бака для сбора сточных вод, и, с другой стороны, обеспечивает циркуляцию черной воды внутри измельчительного контура. При этом следует понимать, что трехходовой клапан может иметь дополнительные положения клапана, которые являются необходимыми или полезными для функционирования соответствующего изобретению устройства.

Кроме того, дополнительно является предпочтительным, когда устройство усовершенствовано четвертым клапанным устройством, которое выполнено так, чтобы в первом положении клапана подавать очищенную в окислительном контуре воду в буферную емкость или в удаляющее отверстие, а во втором положении клапана прерывать сообщение между окислительным контуром и буферной емкостью, соответственно, удаляющим отверстием, и создавать замкнутый окислительный контур. С помощью этого усовершенствования можно черную воду, после того, как она была очищена в окислительном контуре и превращена в серую воду, выводить из окислительного контура, чтобы, например, выдерживать в буферной емкости, и затем в качестве серой воды использовать для промывания бортового туалета, или же чтобы выпускать в окружающую среду через удаляющее отверстие. При этом следует понимать, что четвертое клапанное устройство при необходимости может быть выполнено в конструктивном узле с одним из других клапанных устройств, для чего на многоходовом клапане создают соответствующие функциональные положения.

Кроме того, дополнительно является предпочтительным так усовершенствовать соответствующее изобретению устройство или в начале описанное устройство, чтобы бак для сбора сточных вод был подразделен на первую и вторую камеры, которые соединены между собой посредством перепуска (перелива), который с помощью ситового устройства, такого как решетка, препятствовал бы попаданию из первой камеры во вторую камеру твердых веществ или посторонних предметов с размерами сверх определенной величины. В частности, это ситовое устройство может быть размещено ниже уровня воды при нормальной высоте заполнения бака для сбора сточных вод и дополнено расположенной над ситовым устройством разделительной стенкой, которая задерживает плавающие вещества на перепуске из первой во вторую камеру.

При этом предпочтительно, что отверстие подводящего трубопровода оканчивается в первой камере, отверстие отводящего трубопровода оканчивается во второй камере, и/или что первая и вторая камеры преимущественно в своей нижней части имеют сопла для вдувания воздуха, и/или что дополнительно предпочтительно предусмотрено управляющее устройство, которое непрерывно настраивает воздушные сопла в первой камере и периодически настраивает воздушные сопла во второй камере.

Посредством такого выполнения бак для сбора сточных вод предоставляют с двухсекционной конструкцией, которая, с одной стороны, служит для возможности промежуточного накопления определенного количества черной воды перед ее обработкой (очисткой), и, с другой стороны, служит для задерживания твердых веществ более крупных размеров, например, таких как посторонние предметы, которые могут быть удалены из первой камеры бака для сбора сточных вод. При этом следует понимать, что как первую, так и вторую камеру в отношении их состояния заполнения можно контролировать с помощью соответственно размещенных датчиков заполнения, чтобы иметь возможность управления последующего процесса очистки и обработки в зависимости от уровня заполнения обеих камер, и, с другой стороны, чтобы иметь возможность обнаруживать вероятные засорения перепуска между первой и второй камера- 5 020828 ми. В частности, для этого в каждом случае в обеих камерах может быть предусмотрен датчик уровня, который сообщает о 90%-ном заполнении, и имеется датчик уровня, который показывает такую степень заполнения в камере 2, которая является достаточной, чтобы можно было заполнять измельчительный контур и, в частности, содержащийся в нем противопенный бак.

Дополнительным аспектом изобретения является бортовой туалет для транспортного средства, который отличается устройством для очистки и накопления черной воды вышеописанной конструкции. При этом устройство для очистки и накопления черной воды может быть соединено с бортовым туалетом, в частности, таким образом, что выводимую из бортового туалета черную воду вводят в бак для сбора сточных вод, и что серую воду, выводимую из окислительного контура, промежуточно накапливают, чтобы использовать в качестве промывочной воды для бортового туалета. Альтернативно этому использованию, серая вода также может быть непосредственно удалена, благодаря чему получают бортовой туалет, который в целом требует меньшего накопительного объема для сточных вод.

Дополнительным аспектом изобретения является способ указанного в начале типа, в котором черную воду во время измельчения в измельчительном контуре направляют через измельчительное устройство и противопенный бак, и во время окислительной обработки в окислительном контуре направляют через окислительный реактор и противопенный бак. С помощью этого соответствующего изобретению способа обеспечивают возможность особенно эффективной и осуществляемой в компактной конструкции очистки черной воды, которая пригодна для того, чтобы черную воду переводить в такое очищенное состояние, что ее можно использовать в качестве серой воды для промывания бортового туалета транспортного средства. При этом следует понимать, что степень очистки обрабатываемой воды можно еще более повысить, для чего увеличивают продолжительность процесса в пределах способа и/или вносят моющие добавки.

Способ может быть усовершенствован тем, что очистку проводят в одном цикле, включающем в себя следующие этапы:

ввод черной воды из бака для сбора сточных вод в измельчительный контур, измельчение крупных отбросов посредством циркуляции черной воды в измельчительном контуре в течение первого промежутка времени, переключение клапанного устройства, чтобы переключить противопенный бак из измельчительного контура в окислительный контур, окислительная обработка и пеногашение черной воды в окислительном контуре, отвод серой воды, полученной окислительной обработкой черной воды, в буферную емкость или в удаляющее отверстие.

Такой последовательностью этапов способа достигают эффективной подготовки и осуществления окислительной обработки черной воды в замкнутом круговом процессе, причем этот круговой процесс может быть периодически повторен вновь и вновь в качестве цикла, чтобы последовательно сразу друг за другом обрабатывать в каждом случае определенный объем черной воды.

Способ может быть дополнительно усовершенствован посредством следующих этапов:

ввод воды, циркулирующей в окислительном контуре, в нижнее впускное отверстие противопенного бака на протяжении первого промежутка времени, ввод воды, циркулирующей в окислительном контуре, в верхнее впускное отверстие противопенного бака на протяжении второго промежутка времени таким образом, что вода вводится по касательной в противопенный бак так, что она протекает спирально вниз и вдоль внутренней поверхности, имеющей круглое горизонтальное поперечное сечение, и за счет этого пена внутри противопенного бака разрушается, причем первый промежуток времени является более длительным, чем второй промежуток времени, предпочтительно в 5-15 раз более длительным.

При этом является в особенности предпочтительным, когда сточные воды в окислительном контуре подвергают окислительной обработке приложением напряжения к электродам внутри окислительного реактора, и частоту переключения между подачей сточных вод через верхнее и нижнее впускные отверстия и/или длительность первого и/или второго промежутка времени выбирают в зависимости от силы протекающего между электродами тока, в частности выбирают более высокую частоту и/или соотношение между первым и вторым промежутками времени при высокой силе тока, чем при более низкой силе тока.

Наконец, согласно дополнительному усовершенствованию способа предусмотрено, что черную воду перед измельчением подают в первую камеру бака для сбора сточных вод, предотвращают оседание взвешенных частиц внутри этой первой камеры преимущественно непрерывным вдуванием воздуха в нижнюю часть первой камеры, и черную воду из первой камеры через перепуск направляют во вторую камеру бака для сбора сточных вод, и при этом задерживают твердые вещества с размерами свыше определенной величины в первой камере, и черную воду из второй камеры подают в измельчительное устройство для измельчения крупных отходов (компонентов) в черной воде, причем взвешенные вещества внутри черной воды вздымают во второй камере посредством преимущественно периодического вдувания воздуха в нижнюю часть второй камеры.

- 6 020828

Предпочтительный вариант осуществления изобретения будет описан с привлечением приложенных фигур, на которых:

фиг. 1 - схематичное расположение отдельных компонентов и их сообщение между собой в соответствующей изобретению установке для очистки черной воды, фиг. 2 - схематичная блок-схема способа очистки.

На фиг. 1 представлен бак 10 для сбора сточных вод, в который сверху вводят черную (сильнозагрязненную) воду в левую камеру 11. Левая камера 11 в донной области выполнена конически сходящейся и в самой нижней точке имеет отверстие с дренажным клапаном 12. В верхней области первой камеры 11 размещают датчик 90%-ного заполнения.

Мембранный насос 15 непрерывно подает воздух в нижнюю часть первой камеры 11 и там обеспечивает его вытекание через многочисленные сопла, чем создают постоянную циркуляцию черной воды в первой камере 11 и тем самым предотвращают образование осадков.

Вторую камеру 16 размещают рядом с первой камерой 11 бака для сбора сточных вод и отделяют от этой первой камеры перегородкой 17. Перегородка 17 проходит от донной области второй камеры до уровня, который находится сразу ниже 90%-ного уровня заполнения. Выше разделительной стенки 17 расположен перепуск, который перегорожен решеткой 18 для задерживания твердых веществ с размерами сверх определенной величины. Черная вода и твердые вещества с размерами менее упомянутой определенной величины могут проходить через решетку из первой камеры во вторую камеру.

Вторая камера тоже оснащена датчиком 19а 90%-ного заполнения и, кроме того, имеет датчик 19Ь 6-литрового заполнения, который может детектировать наличие 6 л или более во второй камере.

Из нижнего выпускного отверстия 20 черная вода, находящаяся во второй камере, через первый трехходовой клапан 21 может быть направлена ко второму трехходовому клапану 22.

Первый трехходовой клапан 21 служит для того, чтобы полностью опорожнять вторую камеру через дренажный трубопровод 23, например, с целью опорожнения в замороженном виде. Второй трехходовой клапан 22, когда первый трехходовой клапан 21 включен таким образом, что поток из второй камеры переключен ко второму двухходовому клапану 22, может быть включен так, что черная вода из второй камеры подается в противопенный бак 40 с помощью мацераторного насоса 30.

Противопенный бак выполнен в виде вертикально ориентированного цилиндрического резервуара с конически сходящимся нижним концом. На нижнем конце противопенного бака 40, в самой нижней точке, размещают отводящий трубопровод 41, который оканчивается в трубопроводе 42. Трубопровод 42 своим левым концом соединен с трехходовым клапаном 22 и своим правым концом соединен с циркуляционным насосом 50.

Для заполнения противопенного бака мацераторный насос 30 засасывает черную воду из камеры 2 через трехходовые клапаны 23, 21, 22, присоединенный к ним трубопровод 24 от трехходового клапана 22 к мацераторному насосу и подает эту черную воду дальше через трубопровод 31 от мацераторного насоса во впускное отверстие 41 противопенного бака 40. Мацераторный насос нагнетает максимум 6 л из второй камеры в противопенный бак 40. После этого трехходовой клапан 22 переключают таким образом, что черная вода, вытекающая из отводящего трубопровода 42 противопенного бака, через трехходовой клапан 22 опять может течь в трубопровод 24 и там с помощью мацераторного насоса через трубопровод 31 и отверстие 41 направляется в противопенный бак 40. При этом трубопроводы 42, 24, 31 вместе с мацераторным насосом 30 и противопенным баком 40 образуют измельчительный контур, в котором черная вода циркулирует до тех пор, пока все крупные частицы, содержащиеся в 6 л циркулирующего объема, будут измельчены мацераторным насосом до такой степени, что они могут быть направлены на окислительную очистительную обработку.

Как только нужно проводить окислительную очистительную обработку, трехходовой клапан 22 переключают таким образом, что перекрывается приток воды из трубопровода 42 в трубопровод 24 и к трехходовому клапану 21. Циркуляционный насос 50 подает черную воду, выходящую из противопенного бака на нижнем конце, из трубопровода 42 в трубопровод 51, ведущий к циркуляционному насосу 50, через трубопровод 52 к трехходовому клапану 53, от которого через дополнительный трубопровод 54 к трехходовому клапану 55, и оттуда через трубопровод 56 в окислительный реактор 60.

Окислительный реактор 60 состоит из прямоугольного в поперечном сечении, проходящего в вертикальном направлении корпуса, в котором размещены многочисленные пластинчатые электроды, к которым подводят электрическое напряжение. Пластинчатые электроды подключают таким образом, что в каждом случае два противоположно заряженных пластинчатых электрода являются смежными, и тем самым между двумя такими смежными пластинчатыми электродами создают сильный электрический ток в черной воде, которая протекает через окислительный реактор. Черная вода, поступающая на нижнем конце из трубопровода 56 в окислительный реактор 60, на верхнем конце может выходить из окислительного реактора 60 в трубопровод 61, и оттуда направляться к трехходовому клапану 43. Трехходовой клапан 43, с одной стороны, может направлять черную воду в нижнее впускное отверстие 44 противопенного бака, или, в другом положении клапана, в верхнее впускное отверстие 45 в противопенном баке 40. Верхнее отверстие 45 расположено на верхнем конце цилиндрической области противопенного бака и направляет черную воду в противопенный бак 40 таким образом, что она под высоким давлением вте- 7 020828 кает по касательной с прилеганием к внутренней стенке. Поступающая таким образом черная вода благодаря этому протекает спирально вниз вдоль внутренней стенки 46 противопенного бака 40. В результате этого пена, которая образовалась внутри противопенного бака в этой области, разрушается, и тем самым предотвращается то, что эта пена воспрепятствует обработке черной воды в окислительном реакторе 60.

Г азы, образовавшиеся в ходе окислительной обработки черной воды в окислительном реакторе 60, после того, как они высвободились в противопенном баке в результате разрушения пены, вытягивают через два соединенных последовательно вентилятора 70а, Ь (символически представленных как один вентилятор) из верхней концевой области противопенного бака 40 и выпускают в атмосферу.

Трубопроводы 42, 51, циркуляционный насос 50 и последующие трубопроводы 52, 54, 56, окислительный реактор 60, последующие трубопроводы 61 и, необязательно, 44 или 45, а также противопенный бак 40 образуют окислительный контур.

После того как черная вода в течение многоминутного промежутка времени циркулировала в окислительном контуре и была очищена в результате окислительной обработки, присутствующая в окислительном контуре вода имеет качество серой воды или лучшее. К этому моменту времени трехходовой клапан 55 переключают таким образом, что эту серую воду выталкивают с помощью циркуляционного насоса 50 и по трубопроводу 81 направляют в буферную емкость 80. Из этой буферной емкости 80 серая вода может быть использована как промывная вода для бортового туалета, и тем самым после такого соответствующего использования, опять в качестве черной воды, поступает в первую камеру бака 10 для сбора сточных вод.

Фиг. 2 схематически показывает последовательность соответствующего изобретению способа очистки черной воды.

Из туалета 100 черную воду направляют в первую камеру 111 бака 110 для сбора сточных вод. Из этой первой камеры 111 вода через перепуск может перетекать во вторую камеру 112, причем плавающие посторонние предметы задерживаются с помощью решетки в первой камере, и оседающие твердые вещества собираются на дне первой камеры. Отсюда посторонние предметы выводят через удаляющий трубопровод 113.

Из второй камеры черную воду в периодическом режиме вводят в процесс 120 перемешивания, который проводят в течение определенного промежутка времени в контуре 121 с использованием противопенного бака 130 и возвратного трубопровода 131.

После того как твердые вещества в черной воде были этим путем в достаточной мере измельчены, измельчительный контур 120, 121, 130, 131 закрывают, и измельченный таким образом объем черной воды направляют в окислительный контур. Окислительный контур сформирован противопенным баком 130, трубопроводом 132 к окислительному реактору 140, окислительным реактором 140 и возвратным трубопроводом 141. Газы, которые образовались в ходе окислительной обработки черной воды в окислительном контуре, выводят из противопенного бака через газовый выпуск 133.

Черная вода циркулирует в окислительном контуре 130, 132, 140, 141 до тех пор, пока не достигнет качества серой воды. Как только достигается качество серой воды, циркуляцию в окислительном контуре прекращают и воду направляют в накопитель 150 технологической воды, откуда ее можно отбирать для различных целей, таких как отведение излишков, отбор проб или в качестве промывной воды.

Claims (19)

1. Устройство для очистки и накопления черной воды бортового туалета на борту транспортного средства, включающее в себя бак для сбора сточных вод с подводящим отверстием для подвода черной воды в бак для сбора сточных вод и отводящим отверстием для отвода черной воды из бака для сбора сточных вод, измельчительное устройство для измельчения крупных компонентов в черной воде, реакторный резервуар, который выполнен, чтобы черную воду в нем подвергать окислительной очистке сточных вод, противопенный бак, который выполнен, чтобы сокращать пену, которая образуется при очистке сточных вод, причем отводящее отверстие бака для сбора сточных вод соединено с измельчительным устройством через трубопровод для сточных вод, трубопровод для сточных вод подведен к измельчительному контуру, в котором расположены измельчительное устройство и противопенный бак, отличающееся тем, что предусмотрена первая клапанная система, которая имеет первое положение, в котором черную воду направляют для циркуляции в измельчительном контуре, и второе положение, в котором воду направляют для циркуляции в окислительном контуре, причем в окислительном контуре расположены противопенный бак и реакторный резервуар, при этом противопенный бак

- 8 020828 по меньшей мере на одном пенном участке выполнен круглым в горизонтальном в рабочем состоянии поперечном сечении, имеет нижнее впускное отверстие, которое предпочтительно расположено в нижней части противопенного бака на такой высоте, что оно даже при 50%-ной высоте заполнения противопенного бака находится ниже уровня содержимого бака, и имеет размещенное над нижним впускным отверстием верхнее впускное отверстие, направление притока которого ориентировано относительно стенки резервуара таким образом, что протекающая через него жидкость течет спирально вниз вдоль внутренней стенки противопенного бака.

2. Устройство по п.1, отличающееся циркуляционным устройством для циркуляции сточных вод в окислительном контуре и/или в измельчительном контуре.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что циркуляционное устройство расположено в направлении течения до или после противопенного бака таким образом, что оно служит для циркуляции сточных вод в окислительном контуре и в измельчительном контуре.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что циркуляционное устройство и измельчительное устройство образованы посредством измельчающего и нагнетающего мацератора.

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся второй клапанной системой, которая имеет первое положение, в котором черная вода подается для циркуляции в окислительный контур, и второе положение, в котором вода отводится из окислительного контура.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что в направлении течения перед нижним впускным отверстием и/или в непосредственной близости от него расположен уменьшающий образование водоворотов в противопенном баке направляющий участок, преимущественно проходящий наклонно или под прямым углом относительно направления поступающего потока направляющий участок, как, например, Т-образно, крестообразно или Υ-образно разветвленный направляющий участок.

7. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что верхнее впускное отверстие в пенном участке противопенного бака размещено на такой высоте, что при 50%-ной высоте заполнения противопенного бака оно находится выше уровня содержимого бака.

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся третьим клапанным устройством, предпочтительно трехходовым клапаном, которое в первом положении клапана обеспечивает подачу циркулирующей в окислительном контуре воды в нижнее впускное отверстие противопенного бака, а во втором положении клапана обеспечивает направление циркулирующей в окислительном контуре воды в верхнее впускное отверстие противопенного бака.

9. Устройство по п.8, отличающееся управляющим устройством, которое выполнено так, чтобы через циклические промежутки времени переключать туда и обратно третье клапанное устройство между первым и вторым положением клапана предпочтительно таким образом, что третье клапанное устройство на протяжении первого промежутка времени находится в первом положении клапана, по истечении первого промежутка времени переключается во второе положение клапана, на протяжении второго промежутка времени остается во втором положении, по истечении второго промежутка времени опять переключается в первое положение клапана, после чего цикл повторяется с самого начала.

10. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что реакторный резервуар содержит электроды, которые подсоединены к источнику тока, чтобы производить окислительную обработку воды электролитическим разложением воды, находящейся в реакторном резервуаре в контакте с электродами.

11. Устройство по пп.9 и 10, отличающееся тем, что управляющее устройство выполнено так, чтобы выбирать частоту переключения третьего клапанного устройства между подачей сточных вод через верхнее и нижнее впускные отверстия или продолжительность первого и/или второго промежутка времени в зависимости от силы протекающего между электродами тока и/или от - определяемого предпочтительно посредством связанного сигналами с управляющим устройством датчика уровня пены - уровня пены в противопенном баке, в частности выбирать более высокую частоту и/или соотношение между первым и вторым промежутками времени при высокой силе тока, чем при более низкой силе тока.

12. Устройство по одному из пп.1-11, отличающееся тем, что первое клапанное устройство представляет собой трехходовой клапан, который в первом положении клапана соединяет выпускное отверстие бака для сбора сточных вод с измельчительным контуром, а во втором положении клапана прерывает сообщение между измельчительным контуром и выпускным отверстием бака для сбора сточных вод и создает замкнутый контур.

13. Устройство по одному из пп.1-12, отличающееся четвертым клапанным устройством, которое выполнено так, чтобы в первом положении клапана подавать очищенную в окислительном контуре воду в буферную емкость или в удаляющее отверстие, а во втором положении клапана прерывать сообщение между окислительным контуром и буферной емкостью, соответственно, удаляющим отверстием и создавать замкнутый окислительный контур.

14. Устройство по одному из пп.1-13, отличающееся тем, что бак для сбора сточных вод подразделен на первую и вторую камеры, которые соединены между собой посредством перепуска, который с

- 9 020828 помощью ситового устройства, такого как решетка, препятствует попаданию из первой камеры во вторую камеру твердых веществ с размерами сверх определенной величины, что подводящее отверстие подведено к первой камере, отводящее отверстие подведено ко второй камере, что первая и вторая камеры в нижней части преимущественно имеют сопла для вдувания воздуха и что дополнительно предпочтительно предусмотрено управляющее устройство, которое непрерывно настраивает воздушные сопла в первой камере и периодически настраивает воздушные сопла во второй камере.

15. Бортовой туалет для транспортного средства, отличающийся устройством для очистки и наполнения черной воды по одному из пп. 1-11.

16. Способ очистки черной воды из туалетов в транспортных средствах, включающий в себя следующие этапы:

измельчение крупных компонентов в черной воде, окислительная обработка черной воды, пеногашение черной воды во время окислительной обработки, отличающийся тем, что черную воду во время измельчения в измельчительном контуре направляют через измельчитель и противопенный бак, а во время окислительной обработки в окислительном контуре направляют через окислительный реактор и противопенный бак, ввод воды, циркулирующей в окислительном контуре, в нижнее впускное отверстие противопенного бака на протяжении первого промежутка времени, ввод воды, циркулирующей в окислительном контуре, в верхнее впускное отверстие противопенного бака на протяжении второго промежутка времени таким образом, что вода поступает по касательной в противопенный бак так, что она протекает спирально вниз вдоль внутренней поверхности, которая выполнена круглой в горизонтальном поперечном сечении, и тем самым разрушает пену внутри противопенного бака, причем первый промежуток времени является более длительным, чем второй промежуток времени, предпочтительно в 5-15 раз более длительным.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что очистку проводят в одном цикле, включающем следующие этапы:

ввод черной воды из бака для сбора сточных вод в измельчительный контур, измельчение крупных компонентов посредством циркуляции черной воды в измельчительном контуре в течение первого промежутка времени, переключение клапанного устройства, чтобы включить противопенный бак из измельчительного контура в окислительный контур, окислительная обработка и пеногашение черной воды в окислительном контуре, отвод серой воды, полученной окислительной обработкой черной воды, в буферную емкость или в удаляющее отверстие.

18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что сточные воды в окислительном контуре подвергают окислительной обработке приложением напряжения к электродам внутри окислительного реактора и частоту переключения между вводом сточных вод через верхнее и нижнее впускные отверстия или длительность первого и/или второго промежутка времени выбирают в зависимости от силы протекающего между электродами тока, в частности выбирают более высокую частоту и/или соотношение между первым и вторым промежутками времени при высокой силе тока, чем при более низкой силе тока.

19. Способ по одному из пп.16-18, отличающийся тем, что черную воду перед измельчением подают в первую камеру бака для сбора сточных вод, предотвращают оседание взвешенных частиц внутри этой первой камеры вдуванием воздуха, преимущественно непрерывным, в нижнюю часть первой камеры и черную воду из первой камеры через перепуск направляют во вторую камеру бака для сбора сточных вод, при этом задерживают твердые вещества с размерами свыше определенной величины в первой камере и черную воду из второй камеры подают в измельчительное устройство для измельчения крупных компонентов в черной воде, причем взвешенные вещества внутри черной воды вздымают во второй камере посредством вдувания воздуха, преимущественно периодического, в нижнюю часть второй камеры.