Экокомбайны как новый вид экозащитной техники

Москва
ИНФРА-М
2022

ЭКОКОМБАЙНЫ 
КАК НОВЫЙ ВИД 
ЭКОЗАЩИТНОЙ ТЕХНИКИ

Б.С. КСЕНОФОНТОВ

МОНОГРАФИЯ

УДК 504.064.47(075.4)
ББК 20.18
 
К86

Р е ц е н з е н т:
Луканин А.В., доктор технических наук, профессор Российского 
университета дружбы народов

ISBN 978-5-16-017406-8 (print)
ISBN 978-5-16-109952-0 (online)
© Ксенофонтов Б.С., 2022

Ксенофонтов Б.С. 
К86  
Экокомбайны как новый вид экозащитной техники : монография / 
Б.С. Ксенофонтов. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 190 с.  — (Научная 
мысль). — DOI 10.12737/1851554.

ISBN 978-5-16-017406-8 (print)
ISBN 978-5-16-109952-0 (online)
В монографии впервые в мировой литературе рассмотрены как теоретические основы создания экокомбайнов на основе моделирования процессов очистки, так и практические рекомендации на основе принципов 
биоподобия. Приведены возможные схемы экокомбайнов.
Рассмотрены новые системы аэрации для использования в различных 
типах экокомбайнов. Описаны практические примеры использования новой техники.
Предлагается для широкого круга читателей, в том числе научных сотрудников, преподавателей вузов, аспирантов, магистров, бакалавров 
и студентов старших курсов.

УДК 504.064.47(075.4)
ББК 20.18

Введение

Разработка новой техники для очистки воды, воздуха и переработки отходов обусловлена необходимостью как повышения 
эффективности очистки, так и снижения удельных материало- 
и энергозатрат. В этой связи идет постоянное совершенствование 
существующей и разработка новой техники [1–69], в том числе разработка экокомбайнов.
Например, для очистки сточных вод используется флотационная техника преимущественно напорного типа. Хотя процесс 
флотации известен давно, однако принципиально новых технических решений в этой области относительно мало. В качестве примера приведем разработанный автором в 1989–1992 гг. способ напорной флотации с двумя рабочими жидкостями [16], из которых 
одна рабочая жидкость с труднорастворимым газом (воздухом), 
а другая — с легкорастворимым газом, например с углекислым 
газом. Этот способ был испытан и использован автором впервые 
в отечественной практике на биотехнологических предприятиях. 
В дальнейшем автор разработал способ и с тремя рабочими жидкостями [69].
Другой пример — это направление, связанное с развитием использования комбинированных установок, осуществленное под руководством автора начиная с 1995 года на подмосковных машиностроительных предприятиях.
Проведенные автором [1, 67] исследования определили возможность аппаратурного оформления этого способа с использованием 
комбинированной установки, названной автором флотокомбайном. 
Автором разработаны и другие способы и аппараты флотационной 
очистки сточных вод с учетом их конкретного состава.
Установки комбинированного типа разработаны и для очистки 
газовоздушных выбросов, а также для переработки отходов различных производств. Такую технику автор предлагает называть 
экокомбайны; ее отличительной особенностью является осуществление нескольких технологических операций в едином корпусе, 
причем режимы технологических операций согласованы, что приводит к повышению эффекта очистки.
В предлагаемой монографии рассматриваются результаты исследований за более чем тридцатилетний период начиная с 1987 г. 
[1, 13]. При этом внимание уделено теоретическим основам раз

личных процессов очистки, но наиболее подробно рассмотрены 
основы многостадийной и обобщенной моделей флотации. Описаны также примеры разработки и внедрения экокомбайнов различного типа, в том числе флотокомбайнов как общего, так и специального назначения.

Глава 1. 
ЭКОКОМБАЙНЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Более эффективно экологические процессы можно осуществлять в экокомбайнах, представляющих собой комбинированные 
установки, реализованные в едином корпусе. Использование экокомбайнов осуществляется в зависимости от решаемой задачи. 
При этом в таких экокомбайнах очистка воды, воздуха или переработка отходов происходит с использованием нескольких последовательно осуществляемых способов очистки. Автором предлагается 
следующая классификация экокомбайнов (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Классификация экокомбайнов: 
МК — мехкомбайн; МХК — меххимокомбайн; ХК — химокомбайн; 
БК — биокомбайн

Рассмотрим в качестве примера разные варианты экокомбайнов.
Разработанный автором экокомбайн включает (рис. 1.2) корпус 1, 
на внешней стороне которого установлен патрубок 2 для подачи загрязненного воздуха (стрелка в виде штриховой линии), на выходе 
из которого установлен рассекатель 3. На верхней части корпуса 
расположены патрубки отвода очищенного воздуха 4 и подачи орошающей жидкости (воды), фильтр 6 доочистки воздуха с рассекателем 7. Выход грязной (отработанной) жидкости (воды) через 
патрубок 8 поступает на стадию доочистки в камеру флотации 9 
с отделением уловленных загрязнений в пенном желобе 10 и со дна 
камеры флотации через патрубок 14 с последующей подачей 
их через патрубок 19 в шнековый сгуститель 16 со шнеком 17, име

ющего выводы сгущенного продукта в резервуар 18, а осветленной 
жидкости — в резервуар 15.

Рис. 1.2. Схема экокомбайна

Очищенная вода из камеры флотации выводится через 
устройство регулирования уровня 11 и далее через фильтр 12, 
а затем через патрубок 13 в резервуар 20, из которого с помощью 
насоса 21 подается в патрубок 5.
Принцип работы такого экокомбайна заключается в следующем. 
Загрязненный воздух поступает через патрубок 2, расположенный 
на внешней стороне корпуса 1. Далее за счет контакта загрязненного 
воздуха с распыленной до мельчайших капель водой происходит 
очистка воздуха и затем его последующая доочистка в фильтре 6. 
Очищенный до нормативных показателей воздух выводится в ат

мосферу через рассекатель 7. Загрязненная в процесса контакта 
с воздухом вода предварительно очищается в камере флотации 9, 
а затем доочищается с помощью фильтра 12 и далее выводится 
через патрубок 13. При этом сгущение образующегося осадка происходит с использованием шнекового сгустителя 16, из которого 
выводится сгущенный продукт с остаточной влажностью примерно 80% и собирается в резервуаре 18, а осветленная жидкость 
поступает в резервуар 15.
Таким образом, в экокомбайне осуществляется комплексная 
задача очистки воздуха, воды и обработка осадка с высокими технико-экономическими показателями.
Другой вариант экокомбайна представлен на рис. 1.3.
Интенсификация очистки сточных вод и сгущения осадка достигается при использовании экокомбайна оригинальной конструкции 
(рис. 1.4).
Разработанный экокомбайн включает корпус 1, на внешней 
стороне которого расположены патрубок подачи грязной воды 
2, фильтр 6 с зернистой загрузкой 7, поддерживаемой решеткой 
8 и поддерживающим слоем 9 и далее мембранным блоком 10 
и узлом сгущения осадка, состоящим из шнекового сгустителя 13 
со шнеком 14 с блоками сбора сгущенного осадка 15 и осветленной 
жидкости 11 с расположенным внутри него насосом 12. При этом 
внутри корпуса 1 расположены перегородка 4 и сборник пенного 
продукта 5.
Принцип работы разработанного экокомбайна заключается 
в следующем. Грязную воду внутрь корпуса 1 экокомбайна подают 
через патрубок 2. Далее вода очищается путем пропускания последовательно через зону отстаивания и далее через перегородку 
4 в зону флотации и затем через фильтр 6 с зернистой загрузкой 7, 
поддерживаемый с помощью решетки 9, погруженной в поддерживающий слой 9. После фильтра 6 вода доочищается в мембранном 
блоке 10, после которого поступает к потребителю.
Образующийся осадок сгущается с использованием шнекового 
сгустителя 13 со шнеком 14 и с блоками сбора сгущенного осадка 
15 и осветленной жидкости 11 с расположенным внутри него насосом 12.
Основные технико-экономические показатели разработанного 
экокомбайна заметно лучше, чем аналогичные показатели известных установок.
Модификацией вышеописанного экокомбайна является аппарат 
с меньшим количеством блоков и функций (рис. 1.5).

Рис. 1.3. Схема колонного экокомбайна:
1 — корпус экокомбайна, 2 — патрубок подачи грязной воды; 3 — крышка; 
4 — полупогружная перегородка; 5 — биофильтр (фильтр); 6 — распределительная система; 7 — загрузка биофильтра; 
8 — дренажная система; 9 — патрубок подачи промывной воды; 10 — крупнозернистая загрузка; 11 —  вентиль; 12 — патрубок 
вывода очищенной воды; 13 — резервуар очищенной воды; 14 — насос; 15 — сборник концентрата; 16 — шнековый сгуститель; 
17 — шнек; 18 — сборник осветленной жидкости

Рис. 1.4. Схема экокомбайна с блоком сгущения осадка

Рис. 1.5. Схема колонного экокомбайна с блоком сгущения осадка

Модифицированный экокомбайн представляет собой корпус 1 
с расположенным на его внешней стороне патрубком 2 для подачи 
грязной воды, патрубком отвода очищенной воды 7, из которого 
вода поступает в мембранный блок 8 и далее в блок обеззараживания 9, а блок сгущения осадка состоит из шнекового сгустителя 
10 со шнеком 11 с блоками сбора сгущенного осадка 12 и осветленной жидкости 13 с расположенным внутри него насосом 14.
Принцип работы предлагаемого экокомбайна заключается в следующем. Грязную воду внутрь корпуса 1 экокомбайна подают через 
патрубок 2. Далее вода очищается путем пропускания последовательно через нижнюю зону отстаивания и далее через верхнюю 
зону флотации и затем через мембранный блок и обеззараживающее ультрафиолетовое устройство. После этого поступает к потребителю.
Основные технико-экономические показатели, в частности эффективность очистки воды и степень сгущения осадка, разработанного экокомбайна выше, чем аналогичные показатели известных 
установок.
Разработка новой флотационной техники для очистки воды проводится нами в течение нескольких последних десятилетий на основе применения многостадийной модели флотации и принципов 
биоподобия [1–13].
Сущность этого подхода заключается в том, что очистка воды 
с использованием флотации как основы новой предлагаемой 
технологии рассматривается на основе многостадийной и обобщенной моделях процесса флотации [1–11], а конструирование 
водо очистной установки для реализации указанной технологии 
предлагается на основе биоподобия, в том числе в одном корпусе 
на единой платформе. Использование многостадийной и обобщенной моделей процесса указывает на целесообразность применения во флотационном аппарате ряда элемен тов, в частности разделяющих перегородок, регулирующих скорости водного потока 
внутри аппарата, фильтрующих сеток, блоков с расходящимися 
или сходящимися пластинами и т.п.
На рис. 1.6 показана принципиальная схема наиболее простого 
флотокомбайна в виде флотоотстойника простейшей конструкции, 
а на рис. 1.7 — схема флотокомбайна с расположенными внутри 
функцио нальными элементами. Самым существенным достижением в технологическом отношении будет получение сгущенного 
осадка, а также достижение более высокой эффективности очистки 
воды в последнем случае.