УСТАНОВКА ДЛЯ ДООЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к станциям доочистки питьевой воды преимущественно от соединений железа с одновременным повышением рН после ее продолжительной транспортировки по сетям водоснабжения и может быть использовано для водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий при значении водородного показателя рН в исходной воде не более 7.
Известна установка для очистки подземных вод, содержащая напорно-регулирующую емкость, фильтр с зернистой загрузкой (песок, гравий) и средство для аэрации, выполненное в виде установленного с наклоном 20-60 градусов лотка, верхний торец которого сообщен с емкостью, а нижний с корпусом фильтра. На дне лотка выполнены прорези с отогнутыми в противоположные стороны кромками [патент РФ 2089514, кл. C02F 1/64, 10.09.97 г.].
Известная установка обеспечивает доочистку воды от соединений железа, марганца, аммония, однако ограничена в своем применении, т.к.:
- предназначена для использования в условиях естественного перепада подачи воды, при котором обеспечивается ее аэрация;
- не имеет возможности повышать pH воды, необходимое для повышения стабильности исходной воды с целью уменьшения ее повторного загрязнения в процессе транспортировки по сетям водоснабжения.
Известна установка для обезжелезивания подземных вод высокой минерализации, содержащая соединенные трубопроводами водозаборное устройство, аэратор, контактный и осветлительный фильтры, фильтр с зернистой загрузкой с расположенным в загрузке распределителем сжатого воздуха, компрессор, обратные клапаны. Вода насыщается кислородом воздуха, в результате чего на поверхности зернистой загрузки контактного фильтра образуется гидроксид железа. Катализаторами процесса являются железобактерии, концентрация которых увеличивается из-за присутствия кислорода в строго дозированном количестве [патент РФ 1278303, кл. C02F 1/64, 23.12.86 г.].
Недостатком известной установки является:
- большие габаритные размеры, обусловленные наличием трех ступеней очистки;
- необходимость строгой дозировки количества кислорода, от которого зависит наличие железобактерий, катализирующих процесс;
- непродолжительный фильтроцикл, поскольку узел фильтрации перегружен осаждающимся железом.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели служит установка для очистки подземных вод, взятая в качестве прототипа, содержащая подводящую магистраль исходной воды, установленные по ходу процесса последовательно насос подачи исходной воды, блок окисления, блок осветления, линию отвода осветленной воды, блок фильтрации с системой регенерации, емкость готового продукта и систему вентилей. Установка также снабжена блоком реагентных емкостей окислителя, коагулянта и флокулянта, возвратно-циркуляционной линией и линией отвода шлама из блока осветления, оборудованной шламоотделителем. При этом блок фильтрации содержит соединенные последовательно фильтры, заполненные природным материалом, обладающим слабоосновными свойствами, и инертным природным материалом. Система регенерации фильтров состоит из линии подачи воздуха, подключенной к верхнему слою загрузки фильтров, линии подачи промывной воды, один конец которой соединен с емкостью готового продукта, а другой конец соединен через систему вентилей с нижней частью фильтров и с линией подачи воздуха, и линии отвода регенерационных растворов [патент РФ 2187462, кл. C02F 1/64, C02F 9/04, C02F 9/04, C02F 101:20, C02F 103:04, 17.01.2001 г.]
Установка для очистки подземных вод обладает следующими недостатками:
- большие габаритные размеры, обусловленные достаточно громоздкой технологической схемой, включающей три последовательные ступени: окисления, осветления, фильтрации. Кроме того, габариты установки повышаются и за счет того, что она включает в свой состав, по меньшей мере, три насосные станции (подающий воду на очистку, на промывку и потребителю), емкости готового продукта (резервуара очищенной воды) и систему обработки осадков в виде шламоотделителя;
- нестабильное качество очистки воды, поскольку на последней ступени очистки - фильтрации первый фильтрат после регенерации фильтров ввиду «несозревания» загрузки не соответствует требуемой степени очистки воды. Кроме того, установкой не предусмотрена очистка воды от патогенных микроорганизмов;
- высокое энергопотребление и установочная мощность, обусловленные тем, что очищенная вода с потерей напора сливается в емкость готового продукта, откуда в сеть и на регенерацию фильтров может быть подана только двумя разными дополнительными насосными установками.
По этой причине применением установки для решения задачи доочистки водопроводной воды от соединений железа с одновременным повышением pH не представляется возможным, поскольку на существующих сетевых сооружениях, например, повысительных насосных станциях, недостаточно объемов для ее размещения и установочных мощностей для подключения дополнительных насосных станций. Кроме того, установку невозможно применять из-за нестабильного качества очистки воды.
Задачей настоящей полезной модели является снижение габаритных размеров и установочных мощностей установки при одновременном повышении стабильности очищенной воды.
Поставленная задача решена так, что в известной установке, включающей, по меньшей мере, подводящую магистраль исходной воды, установленные по ходу процесса последовательно насос подачи исходной воды, блок фильтрации, содержащий фильтры, заполненные природным материалом, обладающим слабоосновными свойствами, с системой регенерации, состоящей из линии подачи промывной воды, один конец которой соединен с нижней частью фильтров, и линии отвода регенерационных растворов, согласно нашей полезной модели, насос подачи исходной воды выполнен с напором, достаточным для подачи доочищенной воды потребителю, второй конец линии подачи промывной воды соединен с подводящей магистралью исходной воды непосредственно перед насосом подачи исходной воды, установка дополнительно снабжена линией доочищенной воды и водоотводящей сетью, при этом, линия доочищенной воды соединена с фильтрами, а линия отвода регенерационных растворов - с водоотводящей сетью.
Имеется вариант развития, когда установка дополнительно снабжена гидравлическим затвором, соединенным, с одной стороны с линией отвода регенерационных растворов, а с другой стороны - с водоотводящей сетью;
Имеется вариант развития, когда установка дополнительно снабжена линией отвода первого фильтрата, соединенной с линией отвода регенерационных растворов;
Имеется вариант развития, когда установка дополнительно снабжена устройством обеззараживания воды, установленном на линии доочищенной воды.
Отличительными признаками заявляемой установки для доочистки воды являются:
1. Выполнение насоса подачи исходной воды с напором, достаточным для подачи доочищенной воды потребителю;
2. Соединение второго конца линии подачи промывной воды с подводящей магистралью исходной воды непосредственно перед насосом подачи исходной воды;
3. Дополнительное снабжение установки линией доочищенной воды;
4. Дополнительное снабжение установки водоотводящей сетью;
5. Соединение линии доочищенной воды с фильтрами;
6. Соединение линии отвода регенерационных растворов с водоотводящей сетью;
7. Дополнительное снабжение установки гидравлическим затвором;
8. Соединение гидравлического затвора с линией отвода регенерационных растворов;
9. Соединение гидравлического затвора с водоотводящей сетью;
10. Дополнительное снабжение установки линией отвода первого фильтрата;
11. Соединение линии отвода первого фильтрата с линией отвода регенерационных растворов;
12. Дополнительное снабжение установки устройством обеззараживания воды, установленным на линии доочищенной воды.
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки №1, 2, 7, 8 в технической литературе не известены, а остальные - известны, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить три положительных эффекта.
Первый положительный эффект заключается в том, что снижаются габаритные размеры установки, т.к.:
- число ступеней очистки воды снизилось с трех до одного - осветления на фильтрах;
- для работы установки достаточно одной насосной станции, содержащей насос подачи исходной воды. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-9;
- исключается необходимость устройства емкости готового продукта (резервуара очищенной воды) и системы обработки осадков в виде шламоотделителя. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-9;
Второй положительный эффект заключается в том, что качество доочищенной воды становится стабильным, т.к.:
- первый фильтрат после регенерации фильтров направляется не потребителю, а - в линию отвода регенерационных растворов. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №10-11;
- вода проходит дополнительную ступень доочистки - обеззараживание. Это достигается благодаря наличию отличительного признака №12.
Третий положительный эффект заключается в том, что снижается энергопотребление и установочная мощность насосного оборудования, т.к.:
- напор доочищенной воды не гасится, поскольку она не сливается в емкость готового продукта, а подается непосредственно потребителю (в линию очищенной воды). По этой причине не требуется устройство дополнительной насосной станции подачи воды в линию доочищенной воды. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1, 3, 5;
- регенерация фильтров осуществляется непосредственно за счет расхода и напора исходной воды в подводящей магистрали исходной воды. По этой причине не требуется устройство дополнительной насосной станции для регенерации фильтров. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-2.
Таким образом, заявляемая установка для доочистки воды отвечает критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемая авторами установка отличается от прототипа конструктивно.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки для доочистки воды. Устройство, по меньшей мере, содержит (см. фиг.1):
- подводящую магистраль 1 исходной воды;
- установленные по ходу процесса последовательно насос 2 подачи исходной воды, блок фильтрации, содержащий фильтры 3, заполненные природным материалом 4, обладающим слабоосновными свойствами. Фильтры 3 содержат систему регенерации, состоящую из линии подачи промывной воды 5, один конец которой соединен с нижней частью фильтров 3, второй - с подводящей магистралью 1 исходной воды непосредственно перед насосом 2 подачи исходной воды, и линию 6 отвода регенерационных растворов;
- линию 7 доочищенной воды и водоотводящую сеть 8. При этом, линия 7 доочищенной воды соединена с фильтрами 3, а линия 6 отвода регенерационных растворов - с водоотводящей сетью 8;
- гидравлический затвор 9, соединенный, с одной стороны с линией 6 отвода регенерационных растворов, а с другой стороны - с водоотводящей сетью 8;
- линию 10 отвода первого фильтрата, соединенной с линией 6 отвода регенерационных растворов;
- устройство 11 обеззараживания воды, установленное на линии 7 доочищенной воды.
Предлагаемая установка для доочистки воды работает следующим образом.
+3
В подводящую магистраль 1 исходной воды поступает исходная вода, например, из водопроводной сети. После длительной транспортировки по трубопроводам (включая стальные) она получает вторичные загрязнения в виде трехвалентного железа (Fe), концентрация которого перед потребителем превышает нормативные значения. Оно присутствует в воде в коллоидной форме (образует очень мелкие частицы рыжего цвета). Наличие коллоидного железа, как правило, сопровождается образованием и ростом железобактерий. Это мягкие, вязкие, слизистые отложения.
+3
+3
При этом, значение водородного показателя (pH) в зависимости от качества воды в видеоисточнике может изменяться в широких пределах. Область применения настоящей полезной модели ограничивается доочисткой воды с исходным значением водородного показателя pH не более 7. В этом случае, если вода после доочистки продолжает транспортироваться по трубопроводам, то процесс ее повторного загрязнения трехвалентным железом (Fe) может повториться. По этой причине в предлагаемой установке наряду с извлечением из воды трехвалентного железа (Fe) одновременно производится увеличение (до 8-8,5) значение водородного показателя (pH).
+3
+3
Насос 2 подачи исходной воды, под напором, достаточным для подачи доочищенной воды потребителю, подает воду на блок фильтрации, содержащий фильтры 3, заполненные природным материалом 4, обладающим слабоосновными свойствами. При прохождении воды через природный материал 4, мелкодисперсные взвеси коллоидного трехвалентного железа (Fe) остаются в порах природного материала 4. Одновременно, за счет контакта исходной воды с природным материалом 4, обладающим слабоосновными свойствами, происходит увеличение водородного показателя (pH) до 8-8,5. Последнее способствует снижению интенсивности повторного загрязнения исходной воды трехвалентным железом (Fe).
Установкой предусмотрено три режима работы каждого фильтра.
+3
Первый режим предусматривает начальное фильтрование, когда качество доочищенной воды не соответствует расчетному за счет того, что поры природного материала 4 еще не сформировались и имеет место проскок коллоидов трехвалентного железа (Fe). В этом режиме доочищенная вода поступает в линию 10 отвода первого фильтрата и далее - в линию 6 отвода регенерационных растворов.
Второй режим наиболее продолжительный. Он предусматривает фильтрование, когда качество доочищенной воды соответствует расчетному. В этом режиме доочищенная вода поступает в линию 7 доочищенной воды, на которой установлено устройство 11 обеззараживания воды.
Третий режим - режим регенерации фильтров. В него фильтры переводятся автоматически при достижении одного из критериев, установленных на стадии пуско-наладочных работ. В качестве критериев могут быть следующие: достижение предельной потери напора в фильтрах 3, заполненных природным материалом 4, обладающим слабоосновными свойствами; достижение заданной продолжительности фильтрования; достижение предельной концентрации загрязнений и т.п. В этом режиме на регенерацию фильтров подается исходная вода непосредственно из магистрали 1 исходной воды при помощи линии подачи промывной воды 5, один конец которой соединен с нижней частью фильтров 3, второй - с подводящей магистралью 1 исходной воды непосредственно перед насосом 2 подачи исходной воды. В результате, восходящим потоком исходной воды природный материал 4 фильтров 3 взрыхляется и накопившиеся в его порах загрязняющие вещества вымываются. Тем самым восстанавливаются фильтрующие свойства природного материала 4 фильтров 3. Регенерационный раствор (промывная вода) отводится из фильтров 3 в водоотводящую сетью 8 по линии 6 отвода регенерационных растворов.
В первом и третьем режимах первый фильтрат и регенерационный раствор поступают в линию 6 отвода регенерационных растворов и далее, через гидравлический затвор 9 отводится через водоотводящую сеть 8. При этом, гидравлический затвор 9 защищает установку от проникновения в нее запахов из водоотводящей сети. Таким образом, предлагаемая установка для доочистки воды соответствует критерию «промышленная применимость».