Устройство для очистки воды

Полезная модель относится к устройствам обработки воды, а именно к мобильным установкам очистки воды от содержащихся в ней взвешенных, гуминовых, гумусовых веществ, нефтепродуктов, металлов, органических и неорганических веществ, а также патогенных микроорганизмов, для неограниченного и безопасного ее потребления человеком.
Известно устройство для очистки воды, содержащее корпус, фильтр, водослив, емкость для сбора осветленной воды и узел для удаления осадка из фильтра, при этом оно снабжено устройством для флотационной обработки воды, блоком дезодоратора, датчиками уровня воды на водосливе и в фильтре, блоком управления, причем устройство для флотационной обработки воды трубопроводом соединено с фильтром, а блок дезодоратора размещен в слое фильтрующей загрузки [RU 2095315, МПК C02F 1/00, опубл. 20.07.2011].
Недостатком устройства является отсутствие блока механической очистки воды перед ее подачей на первую стадию обработки, что приводит к снижению эффективности очистки в силу возможного выхода из строя одного из узлов тонкой очистки вследствие загрязнений.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является установка для очистки и умягчения воды, выполненная в виде моноблока и включающая блок флотации и блок фильтрации, при этом она дополнительно снабжена блоком предварительной механической очистки, блоком обезжелезивания, представляющим собой фильтр с загрузкой, включающей поддерживающий слой гравия, фильтрующий материал на основе природного пиролюзита, а также каталитический материал, представляющий собой природный диатомит, покрытый пленкой диоксида марганца, и блоком удаления солей жесткости, а блок флотации дополнительно включает фильтр с плавающей пенополистирольной загрузкой [RU 106613, МПК C02F 1/00, опубл. 20.07.2011].
Применение вышеуказанной установки позволяет получать воду, которая может использоваться в качестве питьевой.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств очистки воды с устранением недостатков, присущих аналогу.
Техническим результатом является возможность получения воды, пригодной для питья.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки воды содержит блок механической очистки, блок окисления, блок фильтрации с загрузкой, причем загрузка включает фильтрующий материал, представляющий собой природные цеолиты, и инертный фильтрующий материал, фракция обоих материалов составляет 0,5-1,0 мм, а объемная доля инертного фильтрующего материала составляет 0,1-0,9, при этом устройство дополнительно содержит блок фильтрации с сорбционной загрузкой и блок обеззараживания воды.
Существует вариант, в котором в качестве инертного фильтрующего материала используют диатомитовые породы.
Существует вариант, в котором в качестве инертного фильтрующего материала используют дробленный или окатанный кварцевый песок.
Существует вариант, в котором в качестве сорбционной загрузки используют кокосовый активированный уголь, березовый активированный уголь или каталитический активированный уголь.
Существует вариант, в котором блок обеззараживания воды включает, по меньшей мере, одну ультрафиолетовую лампу.
На фиг. 1 приведена схема устройства для очистки воды.
Блок 1 механической очистки содержит систему фильтров, включающих корпус и систему фильтрации с ячеистой структурой. Размер каждой ячейки не более 100 мкм, а также патрубки для подвода обрабатываемой и отвода обработанной воды. Фильтры механической очистки могут быть дополнительно снабжены системой обратной промывки, при которой удаление задержанных частиц загрязнений происходит автоматически за счет смыва обратным потоком воды с поверхности фильтрующего материала и последующим их отводом из корпуса фильтра.
Блок 2 окисления содержит бак-реактор, генератор озона, диспергирующее устройство, расположенное в нижней части бака-реактора, деструктор озона, а также патрубки для подвода обрабатываемой и отвода обработанной воды.
Блок 3 фильтрации представляет собой систему фильтров, включающих корпус, внутри которого размещена загрузка, распределительные устройства внутри корпуса, а также патрубки для подвода обрабатываемой и отвода обработанной воды. Загрузка включает фильтрующий материал, представляющий собой природные цеолиты, и инертный фильтрующий материал. В частных вариантах осуществления полезной модели в качестве инертного фильтрующего материала используют диатомитовые породы, дробленный кварцевый песок или окатанный кварцевый песок.
Блок 4 фильтрации представляет собой систему фильтров, включающих корпус, внутри которого размещена сорбционная загрузка, распределительные устройства внутри корпуса, а также патрубки для подвода обрабатываемой и отвода обработанной воды. В частном варианте осуществления полезной модели в качестве сорбционной загрузки используют кокосовый активированный уголь, березовый активированный уголь или каталитический активированный уголь.
Блок 5 обеззараживания включает корпус, внутри которого установлена, по меньшей мере, одна ультрафиолетовая лампа, помещенная в чехол, прозрачный для УФ-лучей, система управления блоком 5, а также патрубки для подвода обрабатываемой и отвода обработанной воды.
Устройство для очистки воды снабжено насосами 6, резервуаром 7 для сбора питьевой воды, а также системой 8 автоматического управления технологическим процессом очистки. Устройство может быть размещено в контейнере 9.
Устройство действует следующим образом. Исходная вода подается на блок 1, где происходит задержание крупных включений твердых фракций, например, глины, извести, ржавчины, песка и других инородных компонентов, размером более 100 мкм.
2+
3+
2+
3
.
Затем вода поступает в блок 2, где происходит подача озона в объем воды. В ходе данного процесса происходит окисление основной части органических веществ, а также металлов, растворенных в воде. Продуктами окисления являются вода, углекислый газ, прочие продукты распада органических загрязнений, либо нерастворимые соединения металлов. Так, под действием окислителя происходит частичное окисление присутствующих в воде ионов Feдо степени окисления Fe и образование нерастворимого гидроксида железа (III) Fe(OH). В результате адсорбции на поверхности осадка нерастворимого гидроксида железа удерживаются ионы Mn
4
4
+
+
2+
2+
2+
2+
После прохождения блока 2 вода подается на блок 3. Природные цеолиты, входящие в состав загрузки, представляют собой каркасные алюмосиликаты, образуемые при сочленении через общие вершины тетраэдров AlO и SiO. Каркасы имеют регулярную систему полостей, сообщающихся между собой каналами. Так как алюминий и кремний имеют неодинаковые валентности, в состав цеолитов входят катионы: Na, K, Ca, Mg, Sr, Ba и другие (обычно первой и второй группы главной подгруппы Периодической системы), которые размещаются не в кристаллической решетке, а на внутренней поверхности каналов и полостей (около алюмокремнекислородных тетраэдров).
+
+
2+
2+
2+
2+
Ионный обмен – одна из характерных особенностей цеолитов замещать собственные катионы Na, K, Ca, Mg, Sr, Ba и др., находящиеся во внутренних каналах и полостях кристаллической решетки, на другие ионы из контактируемого раствора или расплава. Это происходит благодаря наличию сильной ковалентной связи кислорода с кремнием и алюминием и слабой, преимущественно ионной, связи обменных катионов с алюмокремнекислородным каркасом. Кроме этого, наличие в их структуре открытых полостей и широких каналов, в которых располагаются обменные катионы, способствует легкости протекания ионообменных реакций даже при низких температурах. Обменные ионы в широкопористых цеолитах обнаруживают значительную подвижность уже при комнатной температуре сравнимые скорости диффузии наблюдаются в них при температурах на 400 – 700°С ниже, чем в полевых шпатах.
Клиноптилолит - один из самых распространённых природных цеолитов, входит в состав осадочных пород вулканогенного происхождения.
+
+
2+
2+
Наиболее важным его свойством является резко выраженная селективность к крупным катионам одно- и двухвалентных металлов (Cs, Rb, Ba, Pb и др.), обусловленная в основном соотношением размеров обменивающихся ионов и размерами полостей в структуре цеолита.
3+
Кроме того, установлена возможность ионообменных процессов между внекаркасными (обменными) катионами в клиноптилолите и ионами трехвалентного железа из контактирующего с ним раствора при высоких значениях обменной емкости, а также скоростей обмена. Эти результаты объясняются особенностями структуры данного цеолита и физико-химическими свойствами обменивающихся катионов. Ионы Fe благодаря размерам (r = 0,067 нм), меньшим по сравнению с эффективным кинетическим диаметром пор клиноптилолита (0,35 нм), могут свободно проникать из контактирующего раствора в его внутрикристаллическое пространство.
Инертный фильтрующий материал, входящий в состав загрузки, обладает низкой степенью истираемости и долговечностью в виду своей структуры, а также высокой степенью фильтрации соразмерных частиц загрязнителей.
Таким образом, в толще загрузки происходит задержание взвешенных частиц, замещение катионов металлов, а также задержание нерастворимых соединений.
В блоке 4 из воды удаляется остаточное содержание органических веществ, в том числе следовых значений нефтепродуктов и тяжелых металлов за счет их сорбции на угле, благодаря чему вода приобретает допустимые показатели качества по вкусу и запаху.
После блока 4 вода поступает в блок 5, в котором под действием ультрафиолетового излучения уничтожаются присутствующие в воде бактерии, вирусы и прочие патогены.
Насосы 6, поддерживая заданное давление в устройстве, обеспечивают бесперебойную работу блоков 2, 3, 4, 5, а также поддерживают заданное давление воды в системе водоснабжения потребителя.
В резервуар 7 вода после блоков 1, 2, 3, 4, 5 поступает под остаточным давлением.
Система 8 позволяет осуществлять управление процессом очистки в автоматическом режиме.
Полезная модель иллюстрируется следующими примерами осуществления.
Пример 1. Устройство для очистки воды содержит блок фильтрации с загрузкой, включающей природные цеолиты с размером частиц 0,5 мм, а также диатомитовые породы с размером частиц 0,8 мм, причем объемная доля диатомитовых пород составляет 0,5. При этом в качестве сорбционной загрузки используют кокосовый активированный уголь. Блок обеззараживания включает корпус, внутри которого установлена одна ультрафиолетовая лампа.
Пример 2. Устройство для очистки воды содержит блок фильтрации с загрузкой, включающей природные цеолиты с размером частиц 0,7 мм, а также дробленый кварцевый песок с размером частиц 1 мм, причем объемная доля дробленого кварцевого песка составляет 0,1. При этом в качестве сорбционной загрузки используют березовый активированный уголь. Блок обеззараживания включает корпус, внутри которого установлены две ультрафиолетовые лампы.
Пример 3. Устройство для очистки воды содержит блок фильтрации с загрузкой, включающей природные цеолиты с размером частиц 1 мм, а также окатанный кварцевый песок с размером частиц 0,5 мм, причем объемная доля окатанного кварцевого песка составляет 0,9. При этом в качестве сорбционной загрузки используют каталитический активированный уголь. Блок обеззараживания включает корпус, внутри которого установлены две ультрафиолетовые лампы.
В каждом примере осуществления полезной модели вода, прошедшая очистку в предлагаемом к патентованию устройстве, отвечала всем требованиям СанПиН 1.2.3685-21 и могла быть использована в качестве питьевой.
Использование частиц фильтрующих материалов размером менее 0,5 мм, существенно замедляет процесс очистки воды, при этом качество фильтрации позволяет обеспечить достижение заявленного технического результата.
Использование частиц фильтрующих материалов размером более 1 мм приводит к снижению качества фильтрации воды, что негативно влияет на достижение заявленного технического результата.
Объемная доля инертного фильтрующего материала, лежащая в интервале 0,1-0,9, позволяет формировать состав загрузки в зависимости от степени и состава загрязнений исходной воды, обеспечивая осуществление полезной модели с достижением заявленного технического результата.
В случае использования окатанного кварцевого песка в качестве инертного фильтрующего материала сокращается расход воды на промывку фильтра и происходит более полное удаление отфильтрованных веществ из фильтровального слоя.
Сорбционная загрузка может включать кокосовый активированный уголь, березовый активированный уголь или каталитический активированный уголь. При этом предпочтительно использование кокосового угля, поскольку он обладает более высокой плотностью и твердостью по отношению к березовому, что позволяет активировать его на большую глубину.