СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для очистки вод природных источников районов крайнего Севера России от взвешенных частиц, мути, солей железа и марганца, соли кремниевой кислоты, фторидов, для устранения посторонних привкусов и запахов с целью получения воды, удовлетворяющей по своим параметрам критериям централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Из-за вечной мерзлоты вода северных природных источников не проходит естественной грунтовой фильтрации, поэтому качественным и количественным показателям загрязнений присущи существенные сезонные колебания. Близость газовых месторождений часто определяет наличие в воде метана и сероводорода.
Известна водоочистная станция [US 6440313], содержащая блок ультрафиолетового обеззараживания с эжекционным введением дополнительного окислителя в поток очищаемой жидкости. Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет селективно снижать содержание неорганических солей, что приводит к деминерализации воды.
Известен способ очистки воды [SU 1546435] от соединений марганца и железа, для реализации которого применяется озонатор и фильтр с зернистой загрузкой смеси кварцевого песка с гидрооксидом четырехвалентного марганца. Недостатком используемого устройства является невозможность улучшения качества воды по содержанию кремния и фторидов, а также относительно слабые эксплуатационные характеристики фильтра.
В известном способе обработки оборотной воды плавательных бассейнов [RU 2182127] используется оборудование, состоящее из механического фильтра, озонатора и блока ультрафиолетового обеззараживания. Недостатком является относительно ограниченная сфера применения, когда не требуется снижение минерального состава воды. Вторым недостатком является то, что оборудование не позволяет снизить содержание солей кремниевой кислоты и фторидов.
Известна установка для получения сверхчистой питьевой воды [RU 2114790], включающая озонатор и систему фильтрации, состоящую из последовательно соединенных механического, сорбционных и мембранного фильтров. К недостатку относится то, что последовательное соединение мембранного фильтра приводит к большим гидравлическим сопротивлениям, что, в свою очередь, уменьшает производительность и повышает стоимость процесса водоподготовки.
Существуют метод дефторирования воды с помощью обратного осмоса, основанный на применении полупроницаемых мембран [Фрог Б.Н., Левченко А.П. "Водоподготовка", МГУ, 1996]. Недостатком метода является малая производительность полупроницаемых мембран.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является система подготовки воды [ПМ RU 69059] (прототип), содержащая, последовательно соединенные между собой трубопроводом от водозабора до потребителя по потоку очищаемой воды, бак буферный, емкость-смеситель воды с воздухом, фильтр механической очистки, реакционную камеру озонирования, дегазационную камеру, каталитически активный к марганцу и железу фильтр, резервуар чистой воды и блок ультрафиолетового обеззараживания, при этом, между каталитически активным фильтром и резервуаром чистой воды проложен параллельный трубопровод с последовательно расположенными на нем вторым буферным баком, вторым блоком ультрафиолетового обеззараживания и блоком мембранного разделения. К недостатку системы относится применение на основном потоке очищаемой воды каталитически активного фильтра, характеризующегося относительно слабыми эксплуатационными характеристиками.
Техническая задача состоит в улучшении качества водоснабжения из источников, относящихся ко 2-му классу ГОСТа 2761-84 по цветности, запаху и по содержанию марганца, и к 3-му классу по содержанию железа, кремния и фтора.
Заявляемая в качестве полезной модели система направлена на достижение экономически обоснованной комплексной подготовки воды из источников, подверженных сезонному изменению показателей качества, для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Технический результат достигается тем, что предложена система подготовки воды, содержащая, последовательно соединенные между собой
трубопроводом от водозабора до потребителя по потоку очищаемой воды, бак накопительный буферный, емкость газоудаления, блок мембранных проточных фильтров, реакционную камеру озонирования, дегазационную камеру, емкость химической обработки оксидов металлов, фильтр осветлительный, второй буферный бак, резервуар чистой воды и блок ультрафиолетового обеззараживания, при этом между вторым буферным баком и резервуаром чистой воды проложен параллельный трубопровод, на котором последовательно размещены дополнительный блок ультрафиолетового обеззараживания и блок мембранного разделения обратным осмосом.
Целесообразно, что емкость газоудаления снабжена воздушным компрессором.
Желательно, что емкость химической обработки оксидов металлов снабжена устройством для дозированного ввода коагулянтов и флоккулянтов.
Указанный результат достигается также тем, что в реакционную камеру озонирования озоновоздушная смесь поступает из блока генераторов озона и осушки, в котором вырабатывается из воздуха, подаваемого компрессором.
Возможно, что блок генераторов озона и осушки имеет эжекционное соединение с участком трубопровода, выходящим из блока мембранных проточных фильтров, при этом реакционная камера озонирования и дегазационная камера объединяются в единую камеру озонирования и дегазации.
Целесообразно, что система снабжена деструктором озона, поступающего из реакционной камеры озонирования, либо из единой камеры озонирования и дегазации.
Целесообразно также, что система снабжена дополнительным блоком обработки осадка, поступающего из блока мембранных проточных фильтров, из фильтра осветлительного и из блока мембранного разделения обратным осмосом.
Выполнение заявленной системы подготовки воды позволяет оптимизировать процесс удаления излишних количеств минеральных солей и загрязнений, снизить содержание кремниевой кислоты и фторидов, позволяет удалить растворенный метан и сероводород. Кроме того, система предусматривает оперативное изменение режима очистки за счет регулируемого использования оборудования на параллельном трубопроводе. Так, излишнее содержание кремния, который присутствует в виде устойчивой к
2
3
окислению соли NaSiO, и фторидов, которые поступают в водозабор, как правило, из минерала виллиомита (NaF), удаляется на блоке мембранного разделения обратным осмосом. Система унифицирована для подготовки воды из источников, подверженных сезонному изменению показателей качества.
Использование бака накопительного буферного позволяет проводить процесс водоподготовки вне зависимости от работоспособности насосов, доставляющих воду из водозабора.
В емкости газоудаления происходит насыщение воды кислородом, что позволяет вытеснить метан и сероводород и провести первичное окисление минеральных компонентов воды в очищаемом потоке. Воздух подается компрессором.
Блок мембранных проточных фильтров необходим для удаления из потока твердых загрязнений и взвесей.
Использование реакционной камеры озонирования позволяет перевести в оксиды основную массу содержащихся в воде солей металлов. В реакционную камеру поступает озоновоздушная смесь из блока генераторов озона и просушки.
Использование дегазационной камеры необходимо для удаления нерастворившегося озона с целью предотвращения коррозии оборудования, установленного далее по трубопроводу.
Емкость химической обработки оксидов металлов позволяет с помощью коагулянтов и флоккулянтов перевести оксиды в агрегатное состояние коллоидов и взвесей.
На фильтре осветлительном происходит осаждение образующихся коллоидов и взвесей, вода очищается от металлов.
Использование резервуара чистой воды позволяет накопить для потребителя подготовленную воду, а блок ультрафиолетового обеззараживания гарантирует бактериальную безопасность.
Использование второго буферного бака, во-первых, позволяет проводить замену или смыв осадка с фильтра осветлительного без остановки собственно процесса водоподготовки и, во-вторых, обусловлено спецификой работы мембранного блока обратного осмоса в режиме повышенного напора жидкости.
Поскольку процессы окисления слабо влияют на кремний, находящийся в воде в виде натриевой соли кремниевой кислоты, и на фторид натрия, то для снижения содержания кремния и фторида используется блок мембранного
разделения обратным осмосом. Производительность блока определяется необходимостью полностью удалить кремний и фторид лишь из части водного потока, с тем, чтобы добавить очищенную от кремния и фторида воду в резервуар чистой воды и тем самым снизить их общее содержание.
По этой причине блок мембранного разделения расположен параллельно трубопроводу, связывающему второй буферный бак с резервуаром чистой воды.
Второй блок ультрафиолетового обеззараживания предотвращает микробиологическое загрязнение полупроницаемых мембран.
На Фиг. представлена схема оборудования системы подготовки воды, на которой: 1 - бак накопительный буферный; 2 - емкость газоудаления; 3 - блок мембранных проточных фильтров; 4 - реакционная камера озонирования; 5 - дегазационная камера; 6 - второй буферный бак; 7 - второй блок ультрафиолетового обеззараживания; 8 - блок мембранного разделения обратным осмосом; 9 - резервуар чистой воды; 10 - блок ультрафиолетового обеззараживания; 11 - блок обработки осадка; 12 - блок генераторов озона и осушки; 13 и 14 - воздушный компрессор; 15 - деструктор озона; 16 - емкость химической обработки оксидов металлов: 17 - фильтр осветлительный.
Система работает следующим образом. Из водозабора вода поступает в бак накопительный буферный 1, откуда насосом перекачивается в емкость газоудаления 2. Подаваемый компрессором 14 воздух барботирует через слой воды, насыщая ее кислородом для начала реакции окисления и вытеснения метана и сероводорода. Насыщенная кислородом вода проходит через блок мембранных проточных фильтров 3, в которых используются мембраны с размером пор 0.1÷2.0 микрон (100÷2000 А) и, очищенная от механических примесей и взвесей, поступает в реакционную камеру озонирования 4. В нижнюю часть реакционной камеры поступает воздушноозоновая смесь из блока генераторов озона и осушки 12, озон в которой, в свою очередь, генерируется из воздуха подаваемого компрессором 13. В реакционной камере продолжается окисление компонентов воды. После реакционной камеры вода проходит через дегазационную камеру 5, из которой остаток нерастворившегося озона направляется в деструктор озона 15, а вода поступает в емкость химической обработки оксидов металлов 16, в которой образовавшиеся оксиды металлов переводятся в агрегатное состояние коллоидов и взвесей с использованием коагулянтов и флоккулянтов. В качестве
2
3
коагулянта используют 2÷4% раствор «Аквааурата 18» [ТУ 6-09-05-1456-96] в количестве 20÷30 мг/л в пересчете на АlО, а в качестве флоккулянта 0.05÷0.10% раствор «Praestol 650TR» в количестве 0.4÷0.5 мг/л в пересчете на активное вещество.
Осветленная на фильтре 17, заполненным смесью кварцевого песка различных фракций, и очищенная от металлов вода поступает во второй буферный бак 6, после чего делится на два потока: основная часть направляется в резервуар чистой воды 9; вторая часть направляется на второй блок ультрафиолетового обеззараживания 7, затем в блок мембранного разделения обратным осмосом 8.
В блоке мембранного разделения обратным осмосом используется мембрана с размером пор 1÷10 Å марки DOW XLE 4040. Очищенная от кремния и фторидов вода добавляется в резервуар чистой воды для снижения общего содержания кремния и фторидов.
К потребителю вода поступает через блок ультрафиолетового обеззараживания 10.
Как вариант работы системы, воздушноозоновая смесь из блока генераторов озона и осушки 12 подается через эжекторное соединение в трубопровод, выходящий из блока мембранных проточных фильтров 3. Тогда камеры 4 и 5 исполняются как единая камера озонирования и дегазации.
Система предполагает снабжение дополнительным блоком обработки осадка 11, поступающего из блока мембранных проточных фильтров 3, из фильтра осветлительного 17 и из блока мембранного разделения обратным осмосом 8. Это позволяет существенно снизить нагрузку на канализацию путем возврата воды, расходуемой на смыв осадков с фильтров, в голову процесса водоподготовки, что, в свою очередь, повышает экономические показатели процесса водоподготовки.
К качестве примеров, ниже приведены данные протоколов лабораторных исследований воды из рабочих скважин до и после использования заявляемой системы ее подготовки.
Пример 1. поселок Светлый Ямало-Ненецкого Автономного округа Тюменской области. 30% потока направляется на блок мембранного разделения обратным осмосом.
Показатель
Вода из скважины
После прохождения системы подготовки
Норматив По СанПиН 2.1.4.1074-01
Цветность, град.
180
10
не более 20.0
Запах (60°), баллы
-
-
не более 2
Железо, мг/л
1.0
<0.1
0.3
Марганец, мг/л
0.1
0.01
0.1
Кремний (Si), мг/л
17
10
10
Фториды, мг/л
-
-
1.5
Пример 2. г.Новый Уренгой Ямало-Ненецкого Автономного округа Тюменской области, скважина 255 (зима). Блок мембранного разделения обратным осмосом не задействовался.
Показатель
Вода из скважины
После прохождения системы подготовки
Норматив По СанПиН 2.1.4.1074-01
Цветность, град.
15
-
не более 20.0
Запах (60°), баллы
5
-
не более 2
Железо, мг/л
3.2
<0.1
0.3
Марганец, мг/л
0.2
0.01
0.1
Кремний (Si), мг/л
8.0
8.0
10
Фториды, мг/л
0.8
0.8
1.5
Пример 3. г.Новый Уренгой Ямало-Ненецкого Автономного округа Тюменской области, скважина 256 (зима). Блок мембранного разделения обратным осмосом не задействовался.
Показатель
Вода из скважины
После прохождения системы подготовки
Норматив По СанПиН 2.1.4.1074-01
Цветность, град.
14
-
не более 20.0
Запах (60°), баллы
5
-
не более 2
Железо, мг/л
3.0
<0.1
0.3
Марганец, мг/л
0.15
0.01
0.1
Кремний (Si), мг/л
8.0
8.0
10
Фториды, мг/л
0.6
0.6
1.5
Пример 4. г.Новый Уренгой Ямало-Ненецкого Автономного округа Тюменской области, скважина 255 (лето). 85% потока направляется на блок мембранного разделения обратным осмосом.
Показатель
Вода из скважины
После прохождения системы подготовки
Норматив По СанПиН 2.1.4.1074-01
Цветность, град.
27
<2
не более 20.0
Запах (60°), баллы
3
-
не более 2
Железо, мг/л
3.1
<0.1
0.3
Марганец, мг/л
0.14
0.01
0.1
Кремний (Si), мг/л
8.0
<2
10
Фториды, мг/л
9.3
1.5
1.5
Пример 5. г.Новый Уренгой Ямало-Ненецкого Автономного округа Тюменской области, скважина 256 (лето). 75% потока направляется на блок мембранного разделения обратным осмосом.
Показатель
Вода из скважины
После прохождения системы подготовки
Норматив По СанПиН 2.1.4.1074-01
Цветность, град.
27
<2
не более 20.0
Запах (60°), баллы
3
-
не более 2
Железо, мг/л
2.8
<0.1
0.3
Марганец, мг/л
0.1
0.01
0.1
Кремний (Si), мг/л
8.0
<3
10
Фториды, мг/л
5.5
1.5
1.5
Заявляемая в качестве полезной модели система позволяет осуществить комплексную подготовку воды из источников, подверженных сезонному изменению показателей качества, для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.