Аэратор подземных вод

Полезная модель относится к области автономного водоснабжения объекта индивидуального жилищного строительства (например, коттеджного). Аэратор подземных вод предназначен для использования в технологических схемах очистки подземных вод от содержащихся в них растворенных газов (радона, углекислоты, сероводорода) и растворенных форм железа и марганца. Кроме того, устройство имеет вместимость воды 300-400 л и может выполнять функции резервуара-накопителя воды и обеспечивать равномерность подачи воды на дальнейшую очистку или потребителю.
Известна установка для дегазации воды, патент РФ №2160712 "Способ дегазации воды". МПК C02F1/20, 20.12.2000 г. Установка состоит из дегазатора, выполненного в виде колонны с размещенной в ней насадкой и сборником воды, и побудителя расхода атмосферного воздуха. Установка работает при давлении ниже атмосферного воздуха. Основной недостаток данной установки состоит в недостаточной степени удаления газов из воды и неэффективной работе системы подачи воздуха. Установка велика, тяжела и практически неприменима для эксплуатации в коттедже.
Известна установка для дегазации природных вод, патент РФ №2230706 "Установка для удаления радона из природных вод", МПК C02F1/20, 20.06.2004 г. Установка состоит из дегазатора, бака-сборника, насоса для подачи природных вод в дегазатор и побудителя расхода атмосферного воздуха с дополнительным десорбером. Бак-сборник снабжен циркуляционным насосом, десорбер установлен по воздуху и циркулирующей воде в параллель с дегазатором, а на линии подачи циркулирующей воды в дегазатор размещен запорный кран. Недостатком этой установки является сложность, а также загрязнение материалов насадки радиоактивными продуктами распада радона. Установка велика и тяжела для эксплуатации в коттедже.
Известна установка для очистки воды, патент RU 2641122C1, "Установка для очистки воды от общей альфа-радиоактивности и радона", МПК C02F 1/20, 16.01.2018 г. Установка очистки воды содержит дегазатор в виде колонны с крышкой и с патрубками для подачи очищаемой воды и отвода газов в верхней части колонны и патрубками для подачи воздуха и отвода очищенной воды в нижней части колонны, заполненной насадкой, бак-сборник, аппарат для подачи воздуха. Установка снабжена дополнительным патрубком в нижней части колонны выше слоя насадки, причем один из патрубков присоединен к подаче промывной воды, а второй патрубок присоединен к отводу промывных вод или баку накопителю. На патрубке отвода очищенной воды установлена запорная арматура. Насадка размещена между двумя перфорированными диафрагмами. Колонна снабжена ультразвуковыми излучателями, размещенными по периметру объема, заполненного насадкой. Недостатком установки является сложность конструкции.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание простой по конструкции, удобной в эксплуатации, доступной для отрасли индивидуального жилищного строительства.
Техническая задача достигается за счет того, что аэратор подземных вод согласно полезной модели содержит колонну, выполненную из пластика, с коническим дном емкостью 300-400 л, диаметром 500-600 мм и плотно прилегающей крышкой, в верхней части которой вдоль центральной оси подсоединен трубопровод выхода воздуха и газов, под крышкой на трубопроводе входа исходной воды в колонну, снабженном регулировочным вентилем, вдоль оси колонны установлен рассекатель потока, содержащий перевернутую чашу параболического профиля и муфту с калиброванным отверстием; под крышкой на трубопроводе выпуска воды в канализацию, расположенном на верхнем допустимом уровне воды, установлено переливное устройство, включающее воронку и гидрозатвор; в нижней части колонны на трубопроводе подачи воздуха установлено с помощью резьбового соединения устройство для барботажа воды в виде дискового аэратора; трубопровод выхода аэрированной воды соединен с коническим дном колонны сбоку под аэратором и снабжен запорным краном, трубопровод слива воды с осадком, снабженный запорным краном, подсоединен вдоль продольной оси к дну колонны.
В устройстве реализованы три способа физического удаления из воды растворенных газов. Во-первых, за счет разбрызгивания воды в воздухе под крышкой колонны с помощью рассекателя. Во-вторых - стекания сверху вниз тонкой пленки по внутренней поверхности колонны, которая омывается потоком воздуха, движущегося снизу-вверх. В-третьих, за счетбарботажа объема воды сжатым воздухом,подаваемым в нижнюю часть аэратора. Каждый из этих способов увязан с уровнем воды в колонне. Разбрызгивание воды и образование пленки наиболее эффективно действует при низком уровне воды в колонне (в момент первичного наполнения или максимального водоразбора), и наоборот, барботаж максимально эффективен при высоком уровне наполнения колонны (при этом стекание пленки отсутствует по причине затопления внутренней поверхности колонны). При среднем уровне воды в колонне работают все три способа создания максимальной площади контакта воды и воздуха одновременно. Такой прием позволяет интенсифицировать процессы удаления газов из воды и окисления растворенных форм железа и марганца, сокращать время пребывания объема воды в колонне, а, следовательно, сократить размеры колонны. Компактные размеры, легкость устройства позволяют эксплуатировать аэратор в хозяйственных помещениях коттеджа.
В процессе аэрации образуются отложения на внутренней поверхности аппарата. Это нерастворимые соли карбонатов и сульфатов при удалении углекислоты, гидроксидов железа при удалении железа и продукты радиоактивного распада радона, а также взвешенные и коллоидные вещества, поступающие с исходной водой. Для удаления отложений требуется периодическая промывка струей высокого давления воды внутренней поверхности устройства, для чего сделана съемная крышка, а в нижней части колонны организован слив в канализацию.
,
Описание сущности полезной модели поясняется на чертеже (фиг.). Аэратор подземных вод состоит из: колонны 2 диаметром 500-600 мм, имеющей коническое дно и съемную, плотно прилегающую сверху крышку в виде усеченного конуса 1; рассекателя потока 3, установленного на трубопроводе входа исходной воды под крышкой 1 по оси колонны 2; устройства для барботажа воды 4, установленного в нижней части колонны 2 на трубопроводе входа воздуха; регулировочного вентиля 5, установленного на трубопроводе входа исходной воды; запорного крана 6, установленного на трубопроводе выхода аэрированной воды, запорного крана 7, установленного на трубопроводе слива воды с осадком в канализацию; переливного устройства 8, соединенного с трубопроводом слива осадка в канализацию; трубопровода выхода воздуха и газов установленного в верхней части съемной крышки 1. Рассекатель 3 представляет собойперевернутую чашу параболического профиля и муфту под чашей с калиброванным отверстием, находится в верхней части аэратора под крышкой и никогда не затапливается водой. Устройство для барботажа воды 4 представляет мембранный дисковый аэраторсоединенный с трубопроводом подачи воздуха по резьбе ¾" и может выниматься для ремонта или замены. Диаметр аэратора определяется расчетом при подборе компрессора. Переливное устройство 8 содержит воронку и гидрозатвор, установленные внутри колонны 2 на верхнем допустимом уровне воды. Конструкционный материал аэратора подземных вод – пластик.
Диаметр колонны выбран в пределах 500-600 мм, что обеспечивает эффективный барботаж объема воды. Ёмкостью колонны 300-400 л обеспечивает минимальный необходимый запас воды на собственные нужды системы водоподготовки (работа с минимальным объемом воды, отсутствие застойных зон, интенсивный оборот воды в колонне снижает вероятность цветения воды).
3
3
Пример. Расчетный расход исходной воды 0,5-1,5 м/час, расчетный расход аэрированной воды 0,5-2,5 м/час, расчетный расход воздуха 20-160 л/мин, при этих параметрах обеспечивается очистка воды. Подача воздуха осуществляется компрессором через трубопровод входа воздуха. Точный расход воздуха определяется расчетом и зависит от концентрации загрязняющих веществ (радон, сероводород, углекислота, железо, марганец) в исходной воде. Напор компрессора, необходимый для преодоления потерь напора воздуха при барботаже и выходе воздуха за пределы установки через трубопровод выхода воздуха и газов в крышке, определяется расчетом. Исходя из полученных расхода воздуха и напора подбирается компрессор.
Устройство работает следующим образом.
-
Под рассекатель 3 подается струя воды. Вода разбрызгивается в виде конуса и стекает по стенкам колонны 2. Расход исходной воды на рассекатель 3  регулируется вентилем 5. Уровень воды в устройстве при водоразборе может быть любым в пределах нижнего и верхнего уровня и зависит от расхода исходной воды и расхода аэрированной воды. Верхний и нижний уровень воды в колонне 2 контролируется поплавковым датчиками уровня, которые устанавливаются в корпусе колонны 2. Вода, пройдя зону аэрации от рассекателя 3 до устройства барботажа 4, попадает в зону осаждения, где активно выделяется осадок нерастворимых веществ. Осадок спускается в канализацию открытием крана 7. Объем осадка зависит от качества исходной воды, поэтому периодичность его спуска определяется расчетом и уточняется опытом эксплуатации. Забор аэрированной воды осуществляется насосом выше зоны накопления осадка под устройством барботажа воды 4 по трубопроводу выхода аэрированной воды при открытом запорном кране 6. В случае переполнения аппарата излишек воды попадает в воронку устройства перелива 8 и через гидрозатвор сливается в канализацию. Подача воздуха в устройство барботажа 4 осуществляется непрерывно при водоразборе.
3
Устройство аппарата гарантирует удаление радона из исходной воды концентрацией до 400 Бк/кг. Установка рассчитана на работу в технологических схемах водоподготовки с расходом до 1,5 м/час. Такой расход в среднем не превышает требуемый для автономного водоснабжения коттеджа.
Опытный образец предлагаемой полезной модели для аэрирования подземных вод был применен в установках водоподготовки в коттеджах населенных пунктов Челябинской области. При этом зафиксировано снижение концентрации радона 222 через 30 мин работы аппарата с 293±29 Бк/л в исходной воде до 75±10 Бк/л в аэрируемой воде, а также зафиксировано снижение концентрации радона 222 через 33 мин работы аппарата с 1500±315 Бк/л в исходной воде до 600±138 Бк/л в аэрируемой воде.