Установка для электрокоагуляционной очистки питьевой и сточной воды
INSTALLATION FOR ELECTROCOAGULATION TREATMENT OF DRINKING AND WASTE WATER

Изобретение относится к области электрохимической, электрокоагуляционной очистки воды из природных подземных и поверхностных водоисточников с преимущественно высоким уровнем концентрации минеральных и органических загрязняющих веществ и патогенной микрофлоры, как природного, так и технического происхождения, вследствие сброса в водоемы неочищенных сточных вод и выпадения токсичных веществ с атмосферными осадками в условиях безальтернативного использования имеющихся водоисточников с высоким содержанием загрязняющих веществ. Изобретение может быть использовано для снабжения питьевой водой объектов малого градостроительства, ремонтно-восстановительных и спасательных служб, временных поселков строителей, как в освоенных для жилья условиях, так и в автономном режиме в экстремальных условиях. Особенно это характерно для объектов малого градостроения, детских учреждений, армейских учений с ситуациями, когда затруднительно использовать устройства стационарной работы. Кроме этого предлагаемое изобретение способно быть применимо и при очистке стоков различного происхождения.
Известны традиционные устройства подготовки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, такие как устройства обезжелезивания подземных вод с использованием процессов аэрации и фильтрования, устройства с технологией химреагентной водоподготовки с использованием коагулянтов и флокулянтов, а также устройства с технологией озонирования, хлорирования и сорбционного фильтрования воды.
Недостатком эксплуатации водоочистных сооружений, использующих различные комбинации вышеуказанных технологий с применяемыми устройствами является то, что наблюдаемое превышение допустимых концентраций загрязняющих веществ в очищенной воде, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения, свидетельствует о несоответствии применяемых технологий характеру и уровню загрязнения обрабатываемой воды из природных водоисточников.
Это является причиной целого ряда ограничений при выборе водоисточников согласно ГОСТ 2761-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора", что в условиях вынужденного безальтернативного использования водоисточников с повышенным содержанием минеральных и органических загрязнений требуется применения более эффективных и надежных технологий, таких как способ очистки воды электрокоагуляцией с применением многоступенчатой технологической схемы.
Известен способ очистки питьевой воды и устройство для его осуществления [RU 2096342 С1, МПК 6 C02F 1/78, C01D 13/11, опубл. 20.11.1997]. Устройство представляет собой модульную установку, состоящую из модуля предварительной очистки, содержащего последовательно соединенные насос, гидроциклон и фильтр грубой очистки, модуля озонирования в виде двух колонн и расположенного между ними модуля электрокоагуляции в виде электролизера с инертными катодами, модуля обессоливания, модуля финишной очистки, представляющего собой последовательно соединенные фильтр тонкой очистки в виде микромодулей полых волокон и УФ-реактор, и силового модуля электропитания. Способ очистки воды включает следующие операции: забор очищаемой воды, предварительную очистку, первое озонирование, электрокоагуляцию, второе озонирование, обессоливание, тонкую фильтрацию и УФ-облучение.
Недостатком данного изобретения является то, что, при использовании метода озонирования происходит окисление загрязнений с образованием нерастворимых и растворимых веществ, в том числе и высокотоксичных, таких как формальдегид и диоксины, которые не могут быть удалены из воды, поскольку использование модуля электрокоагуляции в виде электролизера с инертными катодами может обеспечить только удаление взвешенных веществ, не изменяя концентрации растворенных, в том числе токсичных веществ в очищаемой воде. Кроме того, использование модуля финишной очистки в виде микромодулей полых волокон не может обеспечить очистку воды от растворимых, в том числе токсичных веществ, поскольку полые волокна предназначены для удаления твердой фазы мелковзвешенных веществ.
Технический результат - улучшение физико-химических и органолептических свойств воды после обработки и высокая производительность установки.
Технический результат достигается за счет установки электрокоагуляционной очистки питьевой и сточной воды, содержащей четырехсекционные блоки гальваноиндукционной и электрокоагуляционной обработки с растворимыми электродами из разных по валентности металлов, блок флотационной обработки, камеру взвешенного слоя, камеру тонкослойного отстаивания с тонкослойными модулями и источник питания, при этом четырехсекционные блоки гальваноиндукционной обработки образуют две ступени по четыре секции в каждой с установленными в них растворимыми электродами, при этом в каждой секции блока гальваноиндукционной обработки наводится потенциал 0,5-0,9 В.
К блоку электрокоагуляционной обработки, состоящему из четырех секций с растворимыми электродами подключен источник питания постоянного тока.
В общем внутреннем пространстве четырехсекционных блоков гальваноиндукционной обработки и блока электрокоагуляционной обработки состоящем из четырех секций установлена электромагнитная катушка с рабочей частотой 25-135 кГц.
В блоке флотационной обработки установлена система электромагнитной обработки с взаимоперпендикулярными полями с приложенным потенциалом равным потенциалу источника питания блока электрокоагуляционной обработки.
Заявляемое техническое решение содержит установку для электрокоагуляционной очистки питьевой воды из подземных и поверхностных источников и сточной воды различного происхождения, от минеральных и органических загрязняющих веществ, с достижением гарантированного и стабильного обеспечения нормативных показателей качества подготовки питьевой воды в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" и качества очищенной сточной воды в соответствии с нормативами сброса.
Заявленная установка содержит четырехсекционные блоки гальваноиндукционной и электрокоагуляционной обработки 1, растворимые электроды 2, электромагнитную систему 3, систему электромагнитной обработки с взаимноперпендикулярными полями 3.1, блок флотационной обработки 4, фильтр-осветлитель 5 с камерой взвешенного слоя 6, камерой тонкослойного отстаивания 7, тонкослойными модулями 7.1, сетчатыми разделителями 8, фильтрующей загрузкой 9 и камерой очищенной воды 8.1, бак раствора реагента 10, дозирующее устройство 11, источник постоянного тока 12, входной патрубок 13, патрубок выхода чистой воды 14 и патрубок промывки 15.
Общий вид установки изображен на фиг. 1, на фиг. 2 изображен разрез А-А, вынесенный с общего вида, с более подробным изображением конструкции. На представленных схемах фиг. 1, фиг. 2 исходная вода через входной патрубок 13 подается на четырехсекционный блок гальваноиндукционной обработки 1. Блок 1 устроен таким образом, что вода проходит последовательную обработку слабыми электрическими полями образованными при взаимодействии с водой двух разных по валентности металлов в четырех секциях содержащих растворимые электроды 2, а затем перетекает в следующие блоки 1 устроенные аналогично, при этом первично обработанная вода подвергается обработке электромагнитной системой 3 расположенной в центральной части блоков 1 и подключенной к источнику питания с рабочей частотой 25-135 кГц 12, что позволяет ускорить процесс коагуляции загрязнений с активным хлопьеобразованием. Кроме этого перед 1 для стабилизации величины рН, равной 7,2-7,5, в воду дозируется при помощи узла дозирования, состоящего из дозирующего устройства 11 и бака раствора реагента 10, реагент гидроксохлорид алюминия или оксихлорид алюминия и раствор щелочи NaOH или КОН. Дозирование реагентов повышает скорость взаимодействия с водой введенных реагентов, а также повышает электропроводность воды при работе 1. Секции растворимых электродов 2 блока электрокоагуляционной обработки также подключены к источнику постоянного тока 12, который имеет функции поддержания тока в заданном режиме. Количество блоков 1 определяется из условий сложности исходной воды и составляет не менее трех четырехсекционных блоков, два четырехсекционных блока работают без источника питания, а третий подключается к источнику питания. Далее вода поступает в систему электромагнитной обработки с взаимоперпендикулярными полями 3.1, а затем в блок флотационной обработки 4. Соотношение объемов воды, проходящих через блоки 1, и поступающего объема на блок 3 - 3-4:1. Блок 4 в установке предназначен для удаления из объема очищаемой воды легких фракций загрязнений, которые формируются на поверхности в виде флотошлама.
Затем вода направляется в фильтр-осветлитель поз.5 составными узлами которого являются продолжающая функции предыдущего блока камера взвешенного слоя 6, камера тонкослойного отстаивания 7 с тонкослойными модулями 7.1, камера фильтрования с плавающей фильтрующей загрузкой 9 и камера чистой воды 8.1 отделенная сетчатым разделителем 8.
Вода поступает в камеру взвешенного слоя 6, в которой скорость восходящего потока незначительно превышает скорость осаждения образовавшихся хлопьев - это условие образования взвешенного слоя, что позволяет максимально полно образовавшимися хлопьями сорбировать из объема воды загрязнения. Затем вода направляется в камеру тонкослойного отстаивания с тонкослойными модулями 7.
Конструктивно эти камеры максимально разделены друг с другом, что позволяет им работать самостоятельно, максимально не связанно со смежными узлами. В камере тонкослойного отстаивания 7.1, в которой установлены тонкослойные модули 7, представляющие из себя изделие типа диска с наклонными под углом 45° полками тонкослойных элементов. В зависимости от качества воды тонкослойных модулей 7 может быть от 5 до 9, работающих на восходящем потоке, что обеспечивает максимальное осветление воды. Что очень важно, удаление накопившегося осадка из камеры с тонкослойными модулями 7 не влияет на стабильную работу 6, и наоборот, сброс осадка из поз.6 не оказывает влияния на работу камеры тонкослойного отстаивания. В традиционно применяемых осветлителях подобных решений не используется. Осветленная вода от камеры тонкослойного отстаивания следует в камеру фильтрования с легкой фильтрующей загрузкой поз.9 из вспененного полистирола с размерами гранул 0,8 1,5 мм, где проходит глубокую фильтрацию. Отфильтрованная вода накапливается в камере чистой воды 8.1 и подается на выход через патрубок выхода чистой воды 14. Процесс промывки фильтрующей загрузки 9 и удаления осадка от осветления на тонкослойных модулях 7 происходит по заданному алгоритму объемом чистой воды сверху-вниз, при этом промывная вода от 9 совместно с осадком от 7 отводится на сброс через патрубок промывки 15.
Улучшение физико-химических и органолептических свойств воды после обработки подтвердило концепцию существенного влияния оптимизации гидродинамических характеристик процесса на качество обрабатываемой воды и различных стоков.