УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Полезная модель относится к области химического машиностроения, а именно: к системам очистки и умягчения воды природных источников, используемой в технических целях, например, для обеспечения работы оборудования, в хозяйственно-бытовых целях, а также для питья.
К воде, используемой в технических целях, предъявляются не менее жесткие требования, чем к питьевой. В частности, предприятия по ремонту путевых дорожных машин (путевые машинные станции) производят отмывку различных поверхностей (цистерн, платформ и т.п.) от различных загрязнений, в том числе, от маслозагрязнений и нефтепродуктов, с использованием технических моющих средств. Долговременное функционирование оборудования, с помощью которого осуществляют процесс отмывки, требует от используемой воды низкого содержания железа и солей жесткости. Таким требованиям воды природных источников не соответствуют.
3
Каждая из существующих в настоящее время технологий очистки воды имеет свои преимущества и недостатки. Так, оборудование для мембранного обессоливания требует особого обслуживания и имеет высокую стоимость, причем самые дорогостоящие элементы (мембраны) приходится менять не реже одного раза в год; электрохимический способ требует значительных площадей для монтажа модулей и сравнительно большого расхода электроэнергии (0,5-2,0 кВтч/м); в случае применения реагентных добавок увеличивается солесодержание воды, повышается ее остаточная жесткость, требующая проведения стабилизационных мероприятий, а также загрязняется окружающая среда; устройства, принцип действия которых базируется на основе электродиализа и обратного осмоса, не защищают инженерное оборудование от коррозии; действие акустических систем (ультразвук и инфразвук) локально и не всегда эффективно при самостоятельном применении; устройства для обработки воды электромагнитными волнами расчетной частоты достаточно экономичны, но не рекомендуются для воды с температурой выше 70°С, требуют дополнительной водоподготовки и стабильного качества воды, допускают сбои в работе и имеют малый срок службы; нерегулируемые аппараты на постоянных магнитах работоспособны только при стабильном качестве и постоянной температуре воды, а при изменении этих параметров наблюдается резкое снижение эффекта.
Флотационные установки просты в эксплуатации, надежны и, при наличии соответствующего оснащения, позволяют очистить воду от примесей с достаточным эффектом.
Так, известна установка для очистки и умягчения воды, включающая блок флотации, коагуляции, флокуляции, фильтрации, озонирования и отделения осадка (RU 2169708), причем процессы флотации, коагуляции, флокуляции, фильтрации, озонирования и отделения осадка осуществляются в одном аппарате - моноблоке, а остаточный озон подается вместе с водо-воздушной смесью во флотатор.
Однако эта установка, в целом эффективная, не позволяет осуществить обезжелезивание воды.
Известна также установка для водоподготовки, включающая блок механической очистки и блок флотации (RU 2107032). Установка содержит замкнутую гидравлическую магистраль с последовательно включенными основной флотационной камерой, одной или несколькими дополнительными флотационными камерами, трубопроводом рециркуляционной воды, имеющим насос с воздушным эжектром и сатуратор, при этом каждая предыдущая флотационная камера соединена с последующей камерой посредством эжектора типа "жидкость-жидкость".
Указанная установка с большой эффективностью очищает воду от нефтепримесей, но не снижает жесткость воды и содержание в ней железа.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является известная установка для очистки и умягчения воды, выполненная в виде моноблоки и включающая блок флотации и блок фильтрации (RU 2095315 - прототип).
При описании известной установки не приводится сведений о качестве очищаемой воды, хотя авторы утверждают, что установка «позволяет производить очистку воды не только от взвесей и химических веществ, но и обеспечивает проведение обезжелезивания и частичного умягчения, что повышает качество воды, подаваемой потребителю». Однако состав оборудования, используемого в установке, не позволяет достичь высокой степени очистки воды как от железа, так и от солей жесткости (в описании прототипа указано, что установка обеспечивает только частичное умягчение воды). Установка-прототип не позволяет осуществить очистку воды до такой концентрации содержащегося в ней железа, при которой возможна бесперебойная работа оборудования, с использованием этой воды, в частности, на предприятиях по ремонту путевых дорожных машин. Кроме того, отсутствие механической очистки исходной воды перед подачей ее на первую стадию обработки приводит к частым остановам установки, выходом из строя отдельных ее узлов и, как результат, к снижению надежности ее работы.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемой полезной модели, является повышение степени очистки воды (следствием чего является повышение надежности работы и срока службы технологического оборудования, использующего эту воду).
Указанный технический результат достигается тем, что установка для очистки и умягчения воды, выполненная в виде моноблоки и включающая блок флотации и блок фильтрации, 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.
Установка может быть дополнительно снабжена блоком обеззараживания воды УФ-облучением, который уничтожает вредные микроорганизмы, делает воду не только полностью безопасной для использования, но и защищает трубы от биообрастания.
Установка может быть дополнительно снабжена блоком бактерицидного обеззараживания воды. Вода, очищенная с использованием такой установки, обладает пролонгированным действием стабилизации микробиологической обстановки, не допускает реактивации бактерий.
Предпочтительно блок флотации снабжен баком реагентов-коагулянтов, используемых для интенсификации процесса вывода полигидрата железа. Реагент-коагулянт (например, сернокислый алюминий, добавляемый до концентрации 300 мг/л) способствует предварительному слипанию частиц взвеси в хлопья, что улучшает качество флотации и фильтрации воды.
Осуществление полезной модели заключается в следующем.
Вода из природного источника принудительно подается в блок предварительной механической очистки. Блок предварительной механической очистки включает систему подачи исходной воды, а также любые соответствующие промышленные фильтры, например, модели F-76S. улавливающие мельчайшие частицы загрязнителей в воде и работающие без сменных картриджей в течение десятилетий. Использование блока предварительной механической очистки позволяет удалить из исходной воды максимальное количество твердых примесей, не только повышая степень очистки воды, идущей далее в процесс (следовательно, и эффективность ее дальнейшей очистки), но и обеспечивая тем самым бесперебойную работу всей установки. Блок предварительной механической очистки снабжен приводом обратной промывки с 16-ю ступенями регулировки интервалов между промывками (от 4 минут до 3 месяцев).
Пройдя предварительную очистку от механических примесей, вода поступает в блок флотации. Блок флотации предназначен для первой стадии обезжелезивания и удаления растворенных газов (сероводород, углекислота и т.п.). Процесс флотации заключается в предварительном растворении воздуха в воде при давлении 0,5 атм (сатурирование). Под действием кислорода воздуха происходит частичное окисление двухвалентного железа до трехвалентного и образование нерастворимого осадка полигидратов. При попадании в камеру флотации в результате снижения давления до атмосферного происходит выделение воздуха из воды с образованием мелких пузырьков, которые захватывают на свою поверхность частицы полигидратов и выносят их в пенный слой. Пенный слой совместно с 5% исходной воды переливом удаляется в декантатор, в котором в результате отстаивания происходит разрушение пузырьков и выпадение полигидратов в осадок. Отстоянная вода возвращается на предварительную очистку от механических примесей. Прошедшая флотатор вода поступает в фильтр с плавающей полистирольной загрузкой, в результате чего удаляется остаточная взвесь полигидратов. Плавающая пенополистирольная загрузка фильтра блока флотации обеспечивает высокую степень очистки воды и продленное время фильтроцикла. Плавающая загрузка из пенополистирола легко промывается, долговечна, не требует дополнительных затрат для регенерации. Срок службы пенополистирольной загрузки не менее 5 лет. Пенополистирольная загрузка может содержать добавку активированного угля, что повышает степень очистки воды от растворенных примесей. Накапливаемая в толще фильтра взвесь периодически удаляется промывкой обратным потоком с использованием воды надфильтрового пространства. Для интенсификации процесса вывода полигидрата возможно использование коагулянта.
Вода после блока флотации, содержащая растворенное окисленное железо, поступает в блок обезжелезивания, представляющий собой соответствующий промышленно выпускаемый фильтр (например, серии BF), имеющий корпус, выполненный из материалов, устойчивых к коррозии и воздействию химических реагентов. Предпочтительно внутренняя колба фильтра изготовлена методом пластического прессования, а наружное покрытие выполнено из стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Фильтрующая загрузка представляет собой поддерживающий слой гравия, природный пиролюзит с содержанием диоксида марганца 25% и каталитический материал - природный материал диатомит, покрытый пленкой диоксида марганца. Фильтр обезжелезивания включает также электронный блок управления. Аэрированная вода подается на фильтр, в межзерновом пространстве которого происходит автокаталитическое окисление двухвалентного железа растворенным в воде кислородом, образование частиц гидроксида трехвалентного железа и задержание его осадка. В результате адсорбции на поверхности свежеобразованного осадка гидроксида железа в фильтре задерживаются ионы двухвалентного марганца. Промывка фильтра осуществляется обратным током без использования промежуточных емкостей и насосов. Рекомендуемая частота промывки - 1 раз в четыре дня.
После блока обезжелезивания вода поступает в блок удаления солей жесткости (солей кальция и магния), который представляет собой колонну - промышленно выпускаемый катионитный фильтр, например, натрий-катионитный фильтр серии SF. Корпус такого фильтра состоит из ламинированного стеклопластика, внутри полностью защищен от коррозии. Внутри корпуса фильтра находится ионообменная смола, задерживающая ионы кальция и магния, и дренажно-распределительная система. После прохождения заданного объема воды блок управления обеспечит промывку фильтра насыщенным раствором поваренной соли, находящимся в баке солерастворителя.
Предлагаемая установка снижает уровень общей жесткости воды до 0,1-0,3 мг-экв/л (при нормативе СанПиН «Питьевая вода» 7,0 мг-экв/л) вне зависимости от химического состава исходной воды природного источника. Установка по прототипу позволяет снизить уровень общей жесткости до 10 мг-экв/л.
При испытании установки по очистке и умягчению воды, используемой в дальнейшем в системе водоснабжения и на сантехническом оборудовании путевой машинной станции, установлено следующее.
Оборудование, потребляющее воду, очищенную на предлагаемой установке, работает не менее 12 месяцев без перебоев. Оборудование, потребляющее воду, очищенную на установке-прототипе, работает без перебоев от 2-х до 3-х недель.
Для дополнительного обеззараживания предлагаемая установка может быть снабжена блоком обеззараживания воды УФ-облучением и/или блоком бактерицидного обеззараживания…
Установка, снабженная блоком обеззараживания воды УФ-облучением содержит в корпусе из высококачественной нержавеющей стали бактерицидную лампу с длительным сроком службы и высоким КПД.
Блок бактерицидного обеззараживания воды представляет собой бактерицидные, содержащие наноагегаты серебра фильтр-элементы, выполненные с использованием нанотехнологий, например, по патентам RU 13949, RU 2357784, RU 2202400.
Обеззараживаемая вода отвечает всем требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 и может использоваться в качестве питьевой воды, например, для нужд локомотивных бригад.