УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к установкам для очистки воды из артезианских скважин, поверхностных источников, технический воды и доочистки водопроводной воды и, может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известна установка озоновой очистки воды для артезианской скважины ОЗОН M 2.0, содержащая универсальный озонатор, контактно-фильтровальную емкость с эжектором, дренажной системой и датчиком уровня, деструктор остаточного озона, контролер для автоматического или ручного управления промывкой, подающую многоступенчатую насосную станцию с контролем потока, набор комплект трубопроводной и запорной арматуры, фильтр грубой очистки промывной, клапан электромагнитный для автоматического управления, фильтрующую загрузку -активированный уголь (см. http://www.zaoast.ru/water/32220/716090).
Установка работает следующим образом. Под действием скважинного насоса вода подается на вход эжектора, расположенного перед контактно-фильтровальной емкостью. Озонатор соединен с эжектором, через который в водный поток поступает озоно-воздушная смесь. Пройдя через эжектор, вода обогащается озоном, и попадает в контактный объем контактно - фильтровальной емкости. Там происходит обеззараживание воды и окисление (переводящее в нерастворимую форму) соединений марганца и железа, а также окисление растворенных органических соединений и сероводорода. Железо и марганец окисляются до нерастворимых соединений. Воздух, с остатками озона в виде пузырьков, поднимается вверх и уходит в атмосферу через деструктор озона, установленный в верхней части контактно-фильтровальной емкости. После озонирования вода подается в нижнюю часть контактно-фильтровальной емкости, где располагается насыпной угольный фильтр. Проходя через фильтр, вода избавляется от марганца и железа, остатков органики и продуктов озонолиза, здесь же происходит доокисление воды и удаление остаточного озона. Очищенная вода забирается из емкости насосом и подается потребителю.
Поскольку вода, попадающая на активированный уголь, содержит избыточное количество растворенного озона, активированный уголь в установке работает, как катализатор, а не как адсорбент, и не нуждается в замене длительное время (растворенные органические соединения быстро окисляются на поверхности активированного угля, а не накапливаются на ней). В режиме регенерации (обратной промывки) зернистого угольного фильтра, при открытии затвора, вода направляется в нижнюю часть зернистого фильтра, обеспечивая процесс взрыхления загрузки, далее самотеком сливается в канализацию, унося с собой осадочные включения. При прямой промывке, следующей непосредственно за обратной, происходит рецикл воды через установку, при котором происходит очищение воды в толще фильтрозагрузки, ее уплотнение и подготовка к рабочему режиму. Установка не нуждаются в обслуживании, смене загрузок и реагентах. По мнению разработчиков известной установки, данная технология подачи озоно-воздушной смеси в очищаемую воду снимает многие вопросы безопасности, упрощает и материально оптимизирует систему.
Однако, расположение в известной установке фильтра из активированного угля, в нижней части контактно-фильтровальной емкости, не является надежным с санитарно-гигиенической точки зрения, что не может на сказаться на эффективности очистки воды. Это связано с тем, что количество активированного угла в известной установке является постоянным, рассчитанным на определенный уровень загрязненности обрабатываемой воды, поэтому, в случае сезонного или иного увеличении содержания в воде загрязняющих веществ, данное количество активированного угла может просто не справиться со своей задачей в полном объеме, что не исключает возможности подачи потребителю воды, не соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям.
Кроме того, пропускание через эжектор и насыщение озоно-воздушной смесью сразу всего объема очищаемого водного потока, также не исключает снижение эффективности очистки воды при сезонном или ином увеличении содержания в воде загрязняющих веществ, поскольку в известной конструкции не предусмотрено регулирование количества озоно-воздушной смеси, поступающей в поток обрабатываемой воды и время воздействия озона до полного завершения окислительных процессов. А именно от этих параметров напрямую зависит эффективность очистки воды на данном этапе. Так при недостаточном количестве озоно-воздушной смеси, насыщающей обрабатываемую воду или при времени воздействия озона до полного завершения окислительных процессов, не предназначенном для воды с повышенным содержанием загрязнений, возможно образование побочных продуктов окисления, которые плохо удаляются в процессе очистки и могут быть более токсичны, чем исходные загрязнения. В некоторых случаях озонирование воды может вызвать ухудшение процессов коагуляции и более того привнести в обрабатываемую воду химические загрязнения в повышенных концентрациях, например, фенолов.
Отсутствие в известной установке ультрафильтра для глубокой очистки воды, снижает качество очистки воды, поскольку способствует снижению эффективности очистки системы в целом, за счет того, что не обеспечивает очистку воды от взвешенных частиц, бактерий, вирусов, водорослей, коллоидов и высокомолекулярных органических соединений. И при этом снижается эффект осветления и степень извлечения органических соединений при предварительной коагуляции.
Отсутствие в известной установке гидроаккумулятора для обратной промывки ультрафильтра и угольного фильтра из-за невозможности установить нужный напор в системе и слаженность работы все системы, способствует снижению эффективности очистки воды системой в целом. При этом, без его установки невозможно исключить гидроудары, которые происходят в момент запуска насоса или открытия запорных клапанов, которые приводят к механическим поломкам элементов системы и, как следствие, к сбоям в работе ультрафильтрата и угольного фильтра.
Таким образом, техническим результатом, на решение которого направлена заявляемая установка каталитической очистки воды, заключается в повышении эффективности очистки воды с ее помощью.
Указанный технический результат достигается тем, что установка каталитической очистки воды, содержащая, механический фильтр для предварительной очистки воды, контактную емкость, озонатор, эжектор для подачи озоно-воздушной смеси, циркуляционный насос, угольный фильтр для каталитического доокисления растворенных хлорорганических и органических соединений и продуктов озонолиза на поверхности угля и запорно-регулирующую и водопроводную арматуру, согласно полезной модели, дополнительно содержит расположенный после угольного фильтра ультрафильтр и гидроаккумулятор для их промывки, при этом трубопроводная система выполнена с возможностью предварительного насыщения озоно-воздушной смесью части поступившей в контактную емкость воды, осуществляемого путем ее прохождения через эжектор и возвращения в контактную емкость и последующего насыщения озоно-воздушной смесью оставшейся в контактной емкости воды, путем ее контактирования с предварительно насыщенной водой, а угольный фильтр, расположен вне контактной емкости.
Дополнительное наличие в заявляемой установке ультрафильтра глубокой очистки значительно повышает качество очистки воды, поскольку именно ультрафильтрация гарантирует максимальную степень очистки воды от таких примесей, которые не улавливаются угольным фильтром: взвешенные частицы, бактерии, вирусы, водоросли, коллоиды и высокомолекулярные органические соединения. Наличие ультрафильтра значительно увеличивает эффект осветления и степень извлечения органических соединений при предварительной коагуляции. При этом, эффективность метода ультрафильтрации мало зависит от изменений дозы коагулянта, так как отфильтровывание образующихся хлопьев производится независимо от их размера. Также не требуется продолжительное время для формирования крупных хлопьев и отпадает необходимость в камере хлопьеобразования. Вода, очищенная с помощью метода ультрафильтрации, безопасна по микробиологии и обладает стабильно высоким качеством, которое не зависит от состава исходной воды.
А применение ультрафильтрации в сочетании с озоносорбцией (совместным применением озонирования и сорбции активированным углем) исключает возможность вторичного заражения материала ультрафильтра и является полной гарантией стерильности очищенной воды, независимо от времени обработки и подбора дозы озона.
Выполнение трубопроводной системы с возможностью осуществления сначала предварительного насыщения озоно-воздушной смесью части поступившей в контактную емкость воды, путем ее прохождения через эжектор и возвращения в контактную емкость и последующего насыщения озоно-воздушной смесью оставшейся в контактной емкости воды, путем ее контактирования с предварительно насыщенной частью воды, позволяет значительно повысить эффективность очистки воды. Это связано с увеличением степени насыщения обрабатываемой воды озоно-воздушной смесью, что исключает возможность недостаточного насыщения обрабатываемой воды озоно-воздушной смесью, в том числе и в случае с увеличением загрязненности обрабатываемой воды. Объясняется это тем, что при такой последовательности технологических переходов, происходит дополнительное насыщение озоно-воздушной смесью той части воды из контактной емкости от предыдущей порции, которая уже была озонирована, то есть в контактную емкость возвращается часть воды, насыщенная озоно-воздушной смесью дважды - при озонировании в контактной емкости и озонирование в эжекторе, что в итоге приводит к увеличению степени насыщения оставшейся в контактной емкости воды в целом.
Расположение угольного фильтра вне контактной емкости позволяет значительно улучшить ремонтопригодность заявляемой конструкции за счет возможности при необходимости легко и за короткий промежуток времени заменить данный узел установки. Кроме того, упрощается и процесс промывки угольного фильтра.
На фигуре представлена принципиальная схема заявляемой установки.
Установка каталитической очистки воды, содержит механический фильтр 1 для предварительной очистки воды, контактную емкость 2, озонатор 3, эжектор 4 для подачи озоно-воздушной смеси, циркуляционный насос 5, угольный фильтр 6 для каталитического доокисления растворенных хлорорганических и органических соединений и некоторых продуктов озонолиза на поверхности угля, запорно-регулирующую арматуру, ультрафильтр 7, расположенный после угольного фильтра 6 и гидроаккумулятор 8 для промывки ультрафильтра 7.
Трубопроводная система состоит из трубопровода 9, подводящего воду в контактную емкость 2 (стрелка А), трубопровода 10 для подачи воды из контактной емкости 2 к эжектору 4, трубопровода 11, для возвращения ее в контактную емкость 2, трубопровода для подачи окисленной воды из контактной емкости 2 на угольный фильтр 6.
Заявляемая установка работает следующим образом.
Исходная неочищенная вода по трубопроводу 9 поступает на механический фильтр 1, где осуществляется предварительная очистка воды, после чего предварительно очищенная вода поступает в контактную емкость 2, где при помощи датчиков уровня 12 и 13 поддерживается определенный уровень воды.
Далее вода из контактной ёмкости 2 при помощи циркуляционного насоса 5 откачивается и часть откачиваемого потока (примерно четверть от всего потока) через эжектор 4 трубопроводом 11 возвращается в контактную ёмкость 2, откуда, оставшаяся там часть воды, последовательно направляется на угольный фильтр 6 и затем на ультрафильтр 7.
Прошедшая через эжектор 4 часть воды смешивается с озоно-воздушной смесью, выходящей из озонатора 3. Таким образом, осуществляется насыщение этой части воды озоно-воздушной смесью. Насыщенная озоно-воздушной смесью эта часть воды трубопроводом 11 возвращается в контактную емкость 2, где смешивается с оставшейся там водой и эффективно насыщает ее озоно-воздушной смесью. Благодаря этому, в контактной емкости 2 происходит коагуляция нерастворимых коллоидных частиц и окисление легко окисляющихся минеральных и органических загрязнений, находящихся в воде. После наполнения контактной емкости 2 до определенного уровня, верхний датчик 12 через электронный блок управления дает команду на прекращение подачи неочищенной воды в контактную емкость 2 путем закрытия электромагнитного клапана 14 на трубопроводе 9, подводящего воду в контактную емкость 2. Далее большая часть очищенной озоном воды из контактной емкости 2 подается на угольный фильтр 6. Другая меньшая часть этой воды (примерно, четверть от всего объема), очищенной озоном, подается на эжектор 4 и далее возвращается в контактную емкость 2.
На угольном фильтре 6 за счет каталитического разложения растворенного в воде озона происходит образование гидроксильных радикалов ОН, которые надежно и быстро окисляют органические загрязнения и поддающиеся окислению примеси, находящиеся в воде, переводя их либо в предельную степень окисления, либо из растворенного состояния в нерастворенное.
После угольного фильтра 6, вода поступает на ультрафильтр 7, в качестве которого используются ультрафильтрационные мембранные модули. Ультрафильтром 7 задерживаются нерастворимые примеси в воде (крупные молекулы, коллоидные частицы и микропузырьки газа и др.) частицы размером более 0,01 мкм, в результате чего достигается глубокая очистка воды от растворенных и взвешенных примесей органических и хлорорганических вредных соединений, железа, марганца и пр.
После ультрафильтра 7 глубоко очищенная вода питьевого качества поступает сетевым насосом потребителю (стрелка Б).
В процессе работы установки проводится периодическая промывка угольного фильтра 6 и ультрафильтра 7. Промывка угольного фильтра 6 осуществляется один раз в сутки обратным током исходной технической воды в течение 1-3 минут. Промывка ультрафильтрационных мембран ультрафильтра 7 производится чистой водой через гидроаккумулятор 8 через каждые 15-30 минут работы установки в течение 10 секунд. Промывная вода сбрасывается в канализацию (стрелка В).
Установка работает в автоматическом режиме. Ее управление осуществляется с помощью многофункционального блока управления, обеспечивающего:
- слежение за уровнем воды в контактной емкости 2 (4);
- автоматическое включение и выключение насосов и электромагнитных клапанов;
- промывку угольного фильтра и ультрафильтра.