RU198738U1 - Устройство для очистки воды - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области водоочистки и водоподготовки и может быть использована для очистки питьевых, технических и сточных вод для хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения на фильтрующих установках, использующих совместно процессы озонирования и сорбции. Устройство для очистки воды содержит контактно-фильтровальную емкость с трехслойной зернистой загрузкой из углеродных сорбентов с различающимися адсорбционными свойствами, снабженную поддерживающим слоем из колец Рашига (изготовленых из электрокерамики - α-AlO) и дренажно-распределительной системой, причем слои углеродных сорбентов разделены сетками, не позволяющие перемешиваться сорбентам при очистке воды и промывке установки. Кроме того, контактно-фильтровальная емкость снабжена блоком датчиков уровня воды, деструктором озона и магистралью возврата избыточного озона, соединенной с трубопроводом подачи озона, трубопроводом подачи воды на очистку, трубопроводом подачи воды на промывку, трубопроводом отвода очищенной воды, обводным трубопроводом и трубопроводом отвода промывной воды. Устройство для очистки воды также содержит трубопровод подачи воды в емкость для смешения новой порции углеродного сорбента и его загрузки в контактно-фильтровальную емкость по соответствующему трубопроводу, трубопровод отвода отработанных сорбентов, соединенный с емкостью для осаждения и сбора углеродных сорбентов, в верхней части которой предусмотрено соединение с трубопроводом отвода промывной воды, генератор озона и блок управления, соединенные с контактно-фильтровальной емкостью. Блок управления данного устройства соединен электрическими связями с блоком датчиков уровня воды, генератором озона, насосами и электромагнитными клапанами и позволяет регулировать, а также контролировать процесс очистки воды в автоматическом режиме. Устройство позволяет получать воду с высокой степенью очистки за счет трехслойной зернистой загрузки из углеродных сорбентов с различающимися адсорбционными свойствами, при одновременной экономичности озона (за счет его рециркуляции) и сокращения расхода промывной воды. Технический результат - повышение качества очистки воды. 1 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области водоочистки и водоподготовки и может быть использована для очистки питьевых, технических и сточных вод для хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения на фильтрующих установках, использующих совместно процессы озонирования и сорбции.

Для глубокой очистки воды от окисляемых включений, таких, как железо, марганец, сероводород, соли тяжелых металлов, органические и хлорорганические включения, также для эффективного обеззараживания применяется технология очистки воды озоном. Одним из наиболее эффективных методов удаления из воды трудноокисляемых органических соединений является совместное использование озона и активного угля. В процессе работы фильтров с активным углем, который используют в качестве зернистой загрузки, при озонировании подвергаемой очистке воды на поверхности гранулированного активного угля образуется биопленка, и угольные фильтры начинают работать фактически как биофильтры с активным углем. Известно, что при совместном применении озона и активного угля значительно возрастают сорбционная емкость угля и продолжительность его работы до регенерации. Кроме того, озонирование воды позволяет повысить скорость фильтрования / Методические рекомендации по обеспечению выполнения требований санитарных правил и норм САНПИН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» на водопроводных станциях при очистке природных вод. Госстрой России. НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды, под руководством д.т.н. В.Л. Драгинского, МДС 40-3.2000, с. 24-26/.

Однако со временем, которое зависит от степени загрязненности и количества подвергаемой очистке воды, фильтрационная способность активного угля снижается, что приводит к необходимости его регенерации. Поэтому, чем качественнее регенерация зернистой загрузки фильтров, тем выше ресурс работы установок для очистки воды с их использованием.

Известен способ регенерации зернистой загрузки фильтра, согласно которому поток промывной воды насыщают озоновоздушной смесью, взрыхляют зернистую загрузку подаваемой импульсами насыщенной газом водой с последующим удалением отмытых загрязнений. Известный способ реализован в установке для очистки воды с открытым скорым фильтром, который включает корпус с расположенной в нем зернистой загрузкой с поддерживающим гравийным слоем с расположенной в нем дренажно-распределительной системой, трубопроводы подачи обрабатываемой воды, подачи промывной воды, подачи газожидкостной эмульсии, отвода фильтрата и отвода промывной воды. Для получения озоновоздушной смеси служит генератор озона, для создания импульсов насыщенной озоновоздушной смесью промывной воды для взрыхления зернистой загрузки используют пульсатор, а для ее промывки предусмотрены промывной насос и бак-накопитель (Авторское свидетельство СССР №1472090, B01D 23/24, 1989).

Недостатками этой установки являются высокий расход промывной воды, а также неоправданные энергетические затраты на производство озоновоздушной смеси из-за сброса в атмосферу той ее части, которая не прореагировала с промывной водой.

Известна установка для очистки воды, содержащая трубопровод подачи воды на очистку, трубопровод отвода очищенной воды, трубопровод подачи озона от генератора озона, трубопровод отвода промывной воды, обводной трубопровод с обратным клапаном, насос, контактно-фильтровальную емкость, содержащую эжектор, размещенный в ее верхней части, зернистый фильтр из активированного угля, размещенный в ее нижней части, дренажную систему, размещенную под угольным фильтром, блок датчиков уровня, четыре запорных устройства, установленных на трубопроводах подачи воды на очистку и в эжектор, на обводном трубопроводе и трубопроводе отвода очищенной воды, блок управления, соединенный с блоком датчиков уровня и с цепями управления генератора озона, насоса и запорных устройств, трубопровод подачи озона от генератора озона соединен с эжектором, деструктор озона, установленный в верхней части контактно-фильтровальной емкости, трубопровод отвода промывной воды соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости через гидрозатвор (Патент РФ 94968, C02F 1/78, 12.03.2010).

Недостатками известной установки являются большой расход промывной воды, невысокая эффективность регенерации зернистой загрузки из активированного угля, а также невысокая степень использования озона.

Наиболее близкой к предложенному устройству является установка для очистки воды, содержащая контактно-фильтровальную емкость с зернистой загрузкой из активированного угля и дренажно-распределительной системой, эжектор озоноводяной смеси, блок датчиков уровня, деструктор озона, трубопровод подачи воды на очистку, трубопровод подачи воды на промывку, трубопровод отвода очищенной воды, обводной трубопровод, насос и запорные устройства, трубопровод отвода промывной воды, генератор озона с трубопроводом подачи озона, блок управления, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня, генератором озона, насосом и запорными устройствами. Контактно-фильтровальная емкость под зернистой загрузкой из активированного угля снабжена поддерживающим гравийным слоем и эжектором промывки (Патент РФ 2663746, C02F 1/78, B01D 24/48, С01В 32/30 11.10.2017).

Недостатком данной установки является относительно низкое качество воды.

Требуемый технический результат от использования предложенного устройства для очистки воды заключается в повышение качества очистки воды.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки воды, содержащим контактно-фильтровальную емкость с трехслойной зернистой загрузкой из углеродных сорбентов с различающимися адсорбционными свойствами и дренажно-распределительной системой, размещенными в ее нижней части, с расположенными в верхней части емкости блоком датчиков уровня воды и деструктором озона, трубопровод подачи воды на очистку, с установленными на нем электромагнитным клапаном и фильтром грубой очистки, трубопровод подачи воды на промывку, с установленными на нем электромагнитным клапаном, насосом и дренажно-распределительной системой, трубопровод отвода очищенной воды, с установленными на нем электромагнитным клапаном и насосом, обводной трубопровод, с установленным на нем электромагнитным клапаном, трубопроводом отвода очищенной воды, трубопровод отвода промывной воды, генератор озона с трубопроводом подачи озона и блок управления, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня воды, генератором озона, насосами и электромагнитными клапанами; контактно-фильтровальная емкость под зернистой трехслойной загрузкой из углеродных сорбентов снабжена поддерживающим слоем из колец Рашига, под которым расположена дренажно-распределительная система, контактно-фильтровальная емкость в верхней части снабжена магистралью возврата остаточного озона, соединенной с трубопроводом подачи озона, емкость для смешения новой порции углеродного сорбента и ее загрузки в контактно-фильтровальную емкость, снабженную сетками, разделяющие слои углеродных сорбентов и не позволяющие перемешиваться сорбентам при очистке воды и промывки устройства, соединенную с трубопроводом, на котором установлены электромагнитные клапаны, трубопровод отвода отработанных сорбентов, с установленными на нем электромагнитными клапанами и гидроэлеватором, соединенным с емкостью для осаждения и сбора углеродных сорбентов, в верхней части которой содержится трубопровод, с установленным на нем электромагнитным клапаном, соединенным с трубопроводом отвода промывной воды.

Предпочтительно, что устройство выполняют в блочном исполнении.

На чертеже приведено схематическое изображение устройства для очистки воды.

Устройство очистки воды фильтрованием содержит контактно-фильтровальную емкость 1 с трехслойной зернистой загрузки из углеродных сорбентов с различающимися адсорбционными свойствами 2 и поддерживающим слоем из колец Рашига, изготовленных из электрокерамики (α-Al₂O₃) 3, под которым расположена дренажно-распределительная система 4. В верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 расположены трубопровод подачи воды на очистку 5, датчик уровня воды 6, деструктор озона 7, соединенный с контактно-фильтровальной емкостью через воздухоотделительный клапан, магистраль возврата избыточного озона 8, соединенная с трубопроводом подачи озона 9. Устройство содержит генератор озона 10, трубопровод подачи озона 9, который расположен после первого слоя зернистой загрузки углеродного сорбента. Устройство содержит трубопровод подачи воды на очистку 5, с установленными на нем краном 11, электромагнитным клапаном 12, расположенным за фильтром грубой очистки 13 и трубопровод подачи воды на промывку 14, с установленным на нем электромагнитным клапаном 15 и насосом 16, соединенным с дренажно-распределительной системой 4. Трубопровод отвода очищенной воды 17, с установленными на нем насосом 18, электромагнитным клапаном 19 и краном 20 соединен с обводным трубопроводом 21 с электромагнитным клапаном 22 и обводным трубопроводом 23, с установленным на нем электромагнитным клапаном 24, который соединен с трубопроводом отвода промывной воды 25, расположенного в верхней части контактно-фильтровальной емкости 1. Кроме того, трубопровод отвода очищенной воды 1 7 соединен с трубопроводом подачи воды 26, с установленным на нем насосом 27 и электромагнитным клапаном 28, в емкость для смешения новой порции углеродного сорбента и ее загрузки в контактно-фильтровальную емкость 1 по трубопроводу 29, с установленными на нем электромагнитными клапанами 30, 31, 32. Трубопровод отвода отработанных сорбентов 33, с установленными на нем электромагнитными клапанами 34, 35. 36 и гидроэлеватором 37, соединен с емкостью для осаждения и сбора отработанных углеродных сорбентов 41, в верхней части которой содержится трубопровод 38, с установленным на нем электромагнитным клапаном 39, соединенным с трубопроводом отвода промывной воды 25. Блок управления работой устройства 40 соединен электрическими связями с блоком датчиков уровня воды 6, генератором озона 10, насосами 16, 18 и 27, гидроэлеватором 37 и электромагнитными клапанами 11, 12, 15, 19, 22, 24, 28, 30-32, 34-36 и 39, установленными на трубопроводах подачи воды на очистку 5. подачи воды на промывку 14, отводном трубопроводе 23, 24 и 33, обводном трубопроводе 21 и трубопроводе отвода очищенной воды 17.

Все элементы устройства являются стандартными элементами техники очистки воды. Алгоритм работы блока управления, достаточный для его программной реализации, изложен при описании работы устройства для очистки воды.

Работает устройство для очистки воды следующим образом.

В режиме очистки воды - фильтрации - блок управления устройства 40 включает электромагнитный клапан 12 на трубопроводе подачи воды на очистку 5 открывают кран 11. Все остальные электромагнитные клапаны закрыты. Исходную воду по трубопроводу подачи воды на очистку 5 через фильтр грубой очистки 13 подают в контактно-фильтровальную емкость 1 до задатчика верхнего уровня блока датчиков уровня воды 6, при замыкании которого электромагнитный клапан 12 закрывается и вода перестает поступать, и включают генератор озона 10, из которого по трубопроводу подачи озона 9 поступает образовавшаяся в процессе его работы озон (или озоновоздушная смесь) и смешивается с потоком воды после ее очистки в первом слое углеродного сорбента. В контактно-фильтровальной емкости 1 за счет взаимодействия озона с химическими соединениями, содержащимися в исходной воде, подаваемой на очистку, происходит окисление катионов металлов (железо, марганец и др.), переход их в нерастворимые в воде соединения, деструкция органики и обеззараживание патогенной микрофлоры. При включении потребления очищенной воды открывают кран 20 и включают электромагнитный клапан 19 на трубопроводе отвода очищенной воды 17 и насос 18, при этом озонированная вода проходит последовательно двухслойную зернистую загрузку из углеродных сорбентов 2 и поддерживающий слой из колец Рашига 3 по трубопроводу отвода очищенной воды 17 поступает потребителю.

Фильтрация через слои зернистой загрузки из углеродных сорбентов позволяет извлечь взвешенные частицы нерастворимых в воде соединений, в частности солей тяжелых металлов, и удалить избыточный непрореагировавший озон из озоноводяной смеси. Непрореагировавший озон через магистраль возврата избыточного озона 8 поступает в трубопровод подачи озона 9 для повышения концентрации озона в озоновоздушной смеси на выходе из трубопровода, а также в деструктор озона 7, откуда удаляется в атмосферу. При понижении уровня воды в контактно-фильтровальной емкости 1 до задатчика нижнего уровня блока датчиков уровня 6 открывают электромагнитный клапан 12, электромагнитный клапан 19 закрывают, цикл заполнения контактно-фильтровальной емкости 1 повторяется и новая порция исходной воды снова контактирует с углеродными сорбентами и озоном с целью очистки и обеззараживания.

За счет рециркуляции остаточного озона и повторного вовлечения его в процесс повышается глубина окисления химических соединений, содержащихся в исходной воде, что приводит к увеличению их способности задерживаться при последующем фильтровании.

По мере снижения качества очищенной воды за счет снижения фильтрационной способности углеродных сорбентов возникает необходимость его регенерации. Регенерацию осуществляют путем двухстадийной промывки - обратной и прямой - следующим образом.

В режиме - обратная промывка - электромагнитные клапаны 12 и 19 закрыты, генератор озона 10 выключен. Открывают кран 11, электромагнитный клапан 15 и исходную воду по трубопроводу подачи воды на очистку 5 и соединенному с ним трубопроводу подачи воды на промывку 14 через электромагнитный клапан 15 и насос 16 подают в дренажно-распределительную систему 4. Электромагнитный клапан 15 работает в циклическом режиме (открыт - закрыт), при котором периодически при закрытии повышается давление перед дренажно-распределительной системой 4, а при открытии за счет высокого давления происходит импульсное встряхивание уплотненного слоя активированного угля 2, что повышает эффективность регенерации. Промывная вода самотеком выводится из контактно-фильтровальной емкости 1 через трубопровод отвода промывной воды 24.

После проведения обратной промывки проводят прямую промывку, поскольку в контактно-фильтровальной емкости 1 остается исходная вода, которую перед подачей потребителю необходимо заменить на озонированную. При этом электромагнитный клапан 22, установленный на обводном трубопроводе 21, открывают. Электромагнитный клапан 12, установленный на трубопроводе 5 открывают, а кран 11 закрыт. Генератор озона 10 включают. Насос 18, установленный на трубопроводе 17, подает воду из контактно-фильтровальной емкости 1 через электромагнитные клапаны 22 и 12 в нее же. В процессе прямой промывки отвод промывной воды из контактно-фильтровальной емкости 1 не производят, что позволяет сократить общий объем воды, идущей на промывку. После завершения прямой промывки устройство готово к работе, что означает приведение всех его элементов в положение для заполнения контактно-фильтровальной емкости 1.

При необходимости замены углеродных сорбентов устройство работает следующим образом: блок управления устройством 40 включает электромагнитный клапан 12, на трубопроводе подачи воды на очистку 5 открывают кран 11, электромагнитный клапан 24, на трубопроводе 23. Все остальные электромагнитные клапаны закрыты. Далее поочередно открываются электромагнитные клапаны либо 34, либо 35, либо 36 и электромагнитный клапан 39, включается гидроэлеватор 37, установленный на обводном трубопроводе 33 и происходит откачка соответствующего углеродного сорбента в емкостью для осаждения и сбора отработанных углеродных сорбентов 41, верхней части которой содержится трубопровод отвода воды 38, по которому, при необходимости, поступает вода в трубопровод отвода промывной воды 25. После чего производят загрузку углеродных сорбентов в устройство для очистки воды. Для этого закрываются электромагнитные клапаны 34-36 и 39, выключается гидроэлеватор 37, установленный на обводном трубопроводе 33. В емкость для смешения углеродного сорбента с водой 42 насыпают поочередно порцию углеродного сорбента, используемого в первом, затем во втором и третьем фильтровальном слое. Далее включается электромагнитный клапан 28 и насос 27, установленные на трубопроводе подачи воды 26 и вода попадает в емкость 42, где происходит ее смешение с порцией углеродного сорбента. Одновременно включается электромагнитный клапан либо 30, либо 31, либо 32 происходит загрузка углеродного сорбента в контактно-фильтровальную емкость 1 по трубопроводу 29.

После проведения замены углеродных сорбентов в контактно-фильтровальной емкости 1 включается режим прямой промывки, после чего, устройство для очистки воды снова может работать. Блочное исполнение устройства позволяет смонтировать его на одной раме, что существенно упрощает и ускоряет его монтаж.

Таким образом, заявлено устройство для очистки воды с повышенной степенью очистки воды за счет трехслойной зернистой загрузки из углеродных сорбентов с различающимися адсорбционными свойствами, позволяющие очищать воду от загрязнителей различной химической природы (катионы металлов, органические молекулы, нефтепродукты и др.) и рециркуляции остаточного озона, и повторного вовлечения его в процесс окисления с последующим фильтрованием озонированной очищаемой воды, и повышенной степенью регенерации фильтрующей загрузки за счет эффективного восстановления адсорбционных свойств углеродных сорбентов, а также с возможностью замены отработанных углеродных сорбентов в контактно-фильтровальной емкости (если необходимо), при одновременной экономичности за счет рециркуляции озона и сокращения расхода промывной воды.

Claims (3)

1. Устройство для очистки воды, содержащее контактно-фильтровальную емкость с зернистой загрузкой из углеродных сорбентов, снабженную поддерживающим слоем из колец Рашига и дренажно-распределительной системой, размещенной в ее нижней части, и с расположенными в верхней ее части блоком датчиков уровня воды, деструктором озона и магистралью возврата избыточного озона, соединенной с трубопроводом подачи озона, трубопровод подачи воды на очистку с установленным на нем краном, электромагнитным клапаном и фильтром грубой очистки, трубопровод подачи воды на промывку с установленным на нем электромагнитным клапаном и насосом, соединенным с дренажно-распределительной системой, трубопровод отвода очищенной воды с установленным на нем электромагнитным клапаном, краном и насосом, обводной трубопровод с установленными на нем электромагнитным клапаном, трубопровод отвода промывной воды, трубопровод подачи воды с установленными на нем насосом и электромагнитным клапаном в емкость для смешения новой порции углеродного сорбента и его загрузки в контактно-фильтровальную емкость по соответствующему трубопроводу с установленными на нем тремя электромагнитными клапанами, трубопровод отвода отработанных сорбентов с установленными на нем тремя электромагнитными клапанами и гидроэлеватором, соединенным с емкостью для осаждения и сбора углеродных сорбентов, в верхней части которой содержится трубопровод с установленным на нем электромагнитным клапаном, соединенным с трубопроводом отвода промывной воды, генератор озона с трубопроводом подачи озона и блок управления, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня воды, генератором озона, насосами и электромагнитными клапанами, отличающееся тем, что в контактно-фильтровальной емкости размещена трехслойная загрузка из углеродных сорбентов с различающимися адсорбционными свойствами.

2. Устройство для очистки воды по п. 1, отличающееся тем, что кольца Рашига поддерживающего слоя изготовлены из электрокерамики - α-Al₂O₃.

3. Устройство для очистки воды по п. 1, отличающееся тем, что слои углеродных сорбентов разделены сетками, которые не позволяют перемешиваться сорбентам при очистке воды и промывке установки.

Images