УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER TREATMENT APPARATUS

Изобретение относится к технике водоподготовки и может быть использовано для озонирования питьевой воды систем централизованного водоснабжения.
Известно устройство, содержащее корпус, расположенные в нем электроды, трубопроводы (патрубки) для подвода и отвода воды, трубопровод для подвода кислородосодержащего газа и средство для отвода отработанного озоносодержащего газа, выполненного в виде соответствующего трубопровода, причем, высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод - в виде цилиндра, проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, а подводящий воду трубопровод расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора, трубопровод, подводящий кислородосодержащий газ, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, а заземленный электрод соединен с распределительной системой водо- и озоносодержащей смеси [Патент RU 2136602, МПК C02F 1/46, опубликован 10.09.1999].
Недостатком устройства является относительно низкое качество очистки.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее трубопровод подвода воды, трубопровод отвода воды, трубопровод подачи озона от генератора озона, а также средство для отвода отработанного озоносодержащего газа, отводящий промывной трубопровод, фильтр грубой очистки, установленный в трубопроводе подвода воды, обводной трубопровод с обратным клапаном, гидрозатвор, насос, контактно-фильтровальная емкость, содержащая эжектор, размещенный в ее верхней части, насыпной угольный фильтр, содержащий зернистый фильтр из активированного угля и размещенный в ее нижней части, дренажную систему, размещенную под угольным фильтром, и датчик уровня, первое, второе, третье и четвертое запорные устройства, блок управления, соединенный с датчиком уровня и с цепями управления генератора озона, насоса, гидрозатвора и первого второго, третьего и четвертого запорных устройств, причем трубопровод подачи озона от генератора озона соединен с эжектором, средство для отвода отработанного озоносодержащего газа выполнено в виде деструктора озона, установленного в верхней части контактно-фильтровальной емкости и соединенного с ним через воздухоотделительный клапан, отводящий промывной трубопровод соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости через гидрозатвор, третье запорное устройство установлено в трубопроводе подвода воды за фильтром грубой очистки и соединяет его с эжектором и обводящим трубопроводом с обратным клапаном, который через второе запорное устройство и насос соединен с выходом дренажной системы, а через установленное за вторым запорным устройством четвертое запорное устройство соединен с трубопроводом отвода воды, а первое запорное устройство, установленное в отводе от трубопровода подвода воды за фильтром грубой очистки, соединяет его с дренажной системой [Патент RU 94968, МПК C02F 1/76, опубликован 10.06.2010].
Недостатком устройства является относительно низкое качество очистки, относительно низкая эффективность использования озона для очистки воды и малая поверхность массообмена между водой и озоно-газовой смесью очистки.
Технической задачей изобретения является повышение качества очистки воды и эффективности использования озона для очистки воды, а также увеличение поверхности массообмена между водой и озоно-газовой смесью.
Техническая задача решается тем, что в установке для очистки воды содержатся: трубопровод подвода воды с фильтром грубой очистки, трубопровод отвода воды, трубопровод подачи озона от генератора озона, соединенный с эжектором, средство для отвода отработанного озоносодержащего газа, отводящий промывной трубопровод, обводной трубопровод с обратным клапаном, гидрозатвор, насос, контактно-фильтровальную емкость с размещенным в ее нижней части насыпным фильтром, дренажную систему, датчик уровня, первое, второе, третье и четвертое запорные устройства, блок управления, соединенный с датчиком уровня и с цепями управления генератора озона, насоса, гидрозатвора и первого второго, третьего и четвертого запорных устройств, причем трубопровод подачи озона от генератора озона соединен с эжектором, средство для отвода отработанного озоносодержащего газа выполнено в виде деструктора озона, установленного в верхней части контактно-фильтровальной емкости и соединенного с ним через воздухоотделительный клапан, отводящий промывной трубопровод соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости через гидрозатвор, третье запорное устройство установлено в трубопроводе подвода воды за фильтром грубой очистки и соединяет его с эжектором и обводящим трубопроводом с обратным клапаном, который через второе запорное устройство и насос соединен с выходом дренажной системы, а через установленное за вторым запорным устройством четвертое запорное устройство соединен с трубопроводом отвода воды, а первое запорное устройство, установленное в отводе от трубопровода подвода воды за фильтром грубой очистки, соединяет его с дренажной системой, насыпной фильтрующий элемент - катализатор выполненный в виде гранулированного наноструктурированного сорбента на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего, распыляющие устройства, установленные в верхней части контактно-фильтровальной емкости, которые соединены трубопроводом с запорным устройством и насосом, автоматически синхронно управляемым датчиком блока управления одновременно с генератором озона, причем форсунки распыляющего устройства расположены: одна в центре, остальные по концентричным кругам, лежащим в одной плоскости, количество которых определяется по формуле:
<mrow><msub><mtext>n</mtext><mrow><mtext>кр</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>D</mi><mrow><mn>2</mn><mi>d</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
,
где D - диаметр емкости, м;
d - диаметр факела распыла, м,
при этом количество форсунок, располагаемых на одном круге, определяется по формуле:
<mrow><msub><mi>n</mi><mi>ф</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><msub><mi>D</mi><mi>ф</mi></msub></mrow><mrow><mn>0,5</mn><mi>d</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
ф
где D - диаметр окружности с форсунками, м,
диаметр каждой последующей окружности, по которой расположены форсунки больше предыдущей на диаметр факела, создаваемого форсункой, или
<mrow><msubsup><mi>D</mi><mi>ф</mi><mi>n</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>D</mi><mi>ф</mi><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>d</mi></mrow>
,
расстояние между концентричными кругами, начиная от центра, равно расстоянию между форсунками и определяется по формуле:
L=H=0,5d,
где L - расстояние между форсунками по окружности, м;
Н - расстояние между окружностями, м.
Использование сорбента на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего позволит повысить качество очистки воды от ионов железа на 0,48 мг/л, ионов марганца - 0,38 мг/л, ионов меди - 3,01 мг/л.
На фиг.1 представлена функциональная схема установки для очистки воды. На фиг.2 представлена схема расположения форсунок, вид сверху.
Установка для очистки воды содержит первое 1, второе 2, третье 3 и четвертое 4 запорные устройства, гидрозатвор 5, трубопровод подвода воды 6, трубопровод 7 отвода воды, трубопровод 8 подачи озона от генератора озона, а также средство 9 для отвода отработанного озоносодержащего газа, отводящий промывной трубопровод 10, фильтр 11 грубой очистки, установленный в трубопроводе 6 подвода воды, обводной трубопровод 12 с обратным клапаном, контактно-фильтровальную емкость 13, содержащую эжектор 14, размещенный в ее верхней части, насыпной фильтр 15, размещенный в ее нижней части и содержащий гранулированный наноструктурированный сорбент на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего, и дренажную систему 16, размещенную под насыпным фильтром 15, насос 17, датчик 18 уровня, размещенные в контактно-фильтровальной емкости 13, и блок 19 управления, соединенный с датчиком 18 уровня и с цепями управления генератора 8 озона, первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 запорных устройств и насоса 17, средство 9 для отвода отработанного озоносодержащего газа выполнено в виде деструктора озона, установлено в верхней части контактно-фильтровальной емкости 13 и соединено с ним через воздухоотделительный клапан, отводящий промывной трубопровод 10 соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости 13 через гидрозатвор 5, третье запорное устройство 3 установлено в трубопроводе 6 подвода воды за фильтром 11 грубой очистки и соединяет его с эжектором 14 и обводящим трубопроводом 12 с обратным клапаном, который через второе запорное устройство 2 и насос 17 соединен с выходом дренажной системы 16, а через установленное за вторым запорным устройством 2 четвертое запорное устройство 4 - соединен с трубопроводом 7 отвода воды, а первое запорное устройство 1, установленное в отводе от трубопровода 6 подвода воды за фильтром 11 грубой очистки, соединяет его с дренажной системой 16, насыпной фильтрующий элемент - катализатор выполненный в виде гранулированного наноструктурированного сорбента на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего 15, а также тем, что введены распыляющие устройства 22 с форсунками 23, установленные в верхней части контактно-фильтровальной емкости 13, которые соединены трубопроводом с запорным устройством 21 и насосом 20, автоматически синхронно управляемым датчиком блока управления 19 одновременно с генератором озона.
Работает установка для очистки воды следующим образом.
Исходная вода под давлением не менее 2,5 атмосфер подается из трубопровода 6 подвода воды через фильтр 11 и запорное устройство 3 в эжектор 14 контактно-фильтровальной емкости 13. На газовый вход эжектора 14, соединенного через трубопровод 8 с генератором озона, затягивается озон, или озоновоздушная смесь и смешивается с потоком подведенной воды после ее грубой очистки. Одновременно с этим вода из трубопровода 6 через запорное устройство 21 и насос 20 подается к распыляющему устройству 22 и форсункам 23, создавая водяную завесу и тем самым повышая эффективность использования озона для очистки воды, задерживая озоно-газовую смесь в контактно-фильтровальной емкости 13, а также при этом увеличивается поверхность массообмена между водой и озоно-газовой смесью.
Проходя через эжектор 14 и насыщаясь растворенным озоном, вода попадает в контактный объем (верхняя часть) контактно-фильтровальной емкости 13. В контактном объеме контактно-фильтровальной емкости 13 очищаемая вода выдерживается определенное время (от 3 до 5 мин). В этот период происходит контакт воды с озоном, необходимый для обеззараживания воды и окисления (переводящего в нерастворимую форму) соединений железа, марганца, других окисляемых металлов, а также окисление растворенных органических соединений и сероводорода. Растворенные окисляемые включения окисляются до нерастворимых соединений. Воздух с остатками озона в виде пузырьков поднимается вверх и уходит из контактно-фильтровальной емкости 13 в атмосферу через средство 9 для отвода отработанного озоносодержащего газа, выполненного в виде деструктора озона. Озонированная вода поступает на насыпной фильтр 15 и проходит через него, где отфильтровываются нерастворимые окисленные формы, а оставшиеся органические соединения и продукты озонолиза каталитически доокисляются и устраняется остаточный растворенный озон.
Затем вода из контактно-фильтровальной емкости 13 через дренажную систему 16 забирается и с помощью насоса 17 подается потребителю.
Поскольку вода, поступающая в насыпной фильтр 15, размещенный в нижней части контактно-фильтровальной емкости 13 и содержащий гранулированный наноструктурированный сорбент на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего, содержит избыточное количество растворенного озона, то он в установке работает как катализатор.
В режиме регенерации (обратной промывки) насыпного фильтра 15, содержащего гранулированный наноструктурированный сорбент на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего, при открытии первого запорного устройства 1, исходная вода направляется в нижнюю часть фильтра 15, обеспечивая процесс взрыхления фильтрозагрузки, далее самотеком сливается в канализацию, унося с собой смытые осадочные включения. При прямой промывке, следующей непосредственно за обратной, происходит рецикл воды через установку, при этом происходит озонирование и фильтрация воды в замкнутом объеме, без сброса в канализацию. В этом случае происходит очищение воды над фильтрозагрузкой, в толще фильтрозагрузки, уплотнение фильтрозагрузки и подготовка к рабочему режиму.
Особенностью установки является то, что давление воды, окончательно потерянное после эжектора 14 в контактно-фильтровальной емкости 13, восстанавливается насосом 17. Благодаря применению этой схемы, подача озона или озоновоздушной смеси происходит безнапорно, обеспечивая дополнительную безопасность установки.
Рассмотрим работу установки порежимно.
Режим «работа».
При понижении уровня воды ниже допустимого уровня, о чем сигналит датчик уровня 18, открывается нормально закрытое третье запорное устройство 3, включается генератор озона и исходная вода вместе с эжектированным озоном поступает в контактно-фильтровальную емкость 13, одновременно с включением генератора озона вода подается через открывающееся автоматически с подачей газо-озоновой смесью, запорное устройство 21 и насос 20 к распыляющему устройству 22 и форсункам 23, что при этом происходит между газо-озоновой смесью и распыленной в туман водой. При достижении уровнем воды максимально допустимого уровня подлив воды заканчивается, генератор озона выключается. Насос 17 работает автономно, подавая очищенную воду потребителю в зависимости от наличия и величины водозабора, постоянно понижая уровень воды в контактно-фильтровальной емкости 13. При возникновении аварийной ситуации, в результате которой давление исходной воды резко снижается, уровень воды в контактно-фильтровальной емкости 13 снижается до аварийного уровня и блок 18 управления, например, через 9 с, остановит насос 17 по сухому ходу.
Режим «автомат».
Этот режим отличается от режима «работа» автоматическим (по сигналу таймера в ночное время, либо по сигналу от вводимого, при необходимости, водосчетчика), включением режима «промывка». Все остальные функции установка осуществляет в режиме «работа». При отсутствии такой возможности в автоматическом режиме, промывка производится вручную.
Режим «промывка» подразделяется на «обратную промывку» и «прямую промывку».
Режим «обратная промывка».
В этом режиме четвертое запорное устройство 4 закрывается, перекрывая доступ исходной неочищенной воды к трубопроводу чистой воды и открывается первое запорное устройство 1. При открытии первого запорного устройства 1 исходная вода, поступая в дренажную систему 16, взрыхляет фильтрующую загрузку, смывает с нее осажденные взвеси, унося их в канализацию через отвод, расположенный в верхней части контактно-фильтровальной емкости 13, и гидрозатвор 5. При переполнении контактно-фильтровальной емкости 13 по причине, например, несправляющейся канализации, срабатывает датчик 18 уровня, что приводит, благодаря работе блока 19 управления, к закрытию первого запорного устройства, например, на 9-15 с, за которые уровень воды снижается и режим «обратная промывка» восстанавливается. Время «обратной промывки» задается при запуске установки.
Режим «прямая промывка».
В этом режиме четвертое запорное устройство 4 закрыто, а второе запорное устройство 2 отрывается. Включается насос 17 и генератор озона. Происходит рецикл воды с озоном через установку. Время «прямой промывки» задается при запуске установки.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям - насыпному фильтрующему элементу - катализатору, выполненному в виде гранулированного наноструктурированного сорбента на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего, распыляющим устройствам, расположенным в верхней части контактно-фильтровальной емкости, которые соединены трубопроводом с запорным устройством и насосом, автоматически синхронно управляемым датчиком блока управления одновременно с генератором озона решается требуемая техническая задача, заключающаяся в повышении качества очистки воды и эффективности использования озона для очистки воды, а также в увеличении поверхности массообмена между водой и озоно-газовой смесью.