Установка для очистки воды
WATER PURIFICATION PLANT

Изобретение относится к области водоочистки и водоподготовки и может быть использовано для очистки питьевых, технических и сточных вод для хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения на фильтрующих установках, использующих совместно процессы озонирования и сорбции.
Одним из наиболее эффективных методов удаления из воды трудноокисляемых органических соединений является совместное использование озона и активного угля. В процессе работы фильтров с активным углем, который используют в качестве зернистой загрузки, при озонировании подвергаемой очистке воды на поверхности гранулированного активного угля образуется биопленка, и угольные фильтры начинают работать фактически как биофильтры с активным углем. Известно, что при совместном применении озона и активного угля значительно возрастают сорбционная емкость угля и продолжительность его работы до регенерации. Кроме того, предварительное озонирование воды позволяет повысить скорость фильтрования /Методические рекомендации по обеспечению выполнения требований санитарных правил и норм САНПИН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» на водопроводных станциях при очистке природных вод. Госстрой России. НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды, под руководством д.т.н. В.Л. Драгинского, МДС 40-3.2000, с. 24-26/.
Однако со временем, которое зависит от степени загрязненности и количества подвергаемой очистке воды, фильтрационная способность активного угля снижается, что приводит к необходимости его регенерации. Чем качественнее регенерация зернистой загрузки фильтров, тем выше ресурс работы установок для очистки воды с их использованием.
Известен способ регенерации зернистой загрузки фильтра, согласно которому поток промывной воды насыщают озоновоздушной смесью, взрыхляют зернистую загрузку подаваемой импульсами насыщенной газом водой с последующим удалением отмытых загрязнений. Известный способ реализован в установке для очистки воды с открытым скорым фильтром, который включает корпус с расположенной в нем зернистой загрузкой с поддерживающим гравийным слоем с расположенной в нем дренажно-распределительной системой, трубопроводы подачи обрабатываемой воды, подачи промывной воды, подачи газожидкостной эмульсии, отвода фильтрата и отвода промывной воды. Для получения озоновоздушной смеси служит генератор озона, для создания импульсов насыщенной озоновоздушной смесью промывной воды для взрыхления зернистой загрузки используют пульсатор, а для ее промывки предусмотрены промывной насос и бак-накопитель /Авторское свидетельство СССР №1472090, B01D 23/24, 1989 г./.
Недостатками этой установки являются высокий расход промывной воды, а также неоправданные энергетические затраты на производство озоновоздушной смеси из-за сброса в атмосферу той ее части, которая не прореагировала с промывной водой.
Наиболее близкой к предложенной является установка для очистки воды, содержащая трубопровод подачи воды на очистку, трубопровод отвода очищенной воды, трубопровод подачи озона от генератора озона, трубопровод отвода промывной воды, обводной трубопровод с обратным клапаном, насос, контактно-фильтровальную емкость, содержащую эжектор, размещенный в ее верхней части, зернистый фильтр из активированного угля, размещенный в ее нижней части, дренажную систему, размещенную под угольным фильтром, блок датчиков уровня, четыре запорных устройства, установленных на трубопроводах подачи воды на очистку и в эжектор, на обводном трубопроводе и трубопроводе отвода очищенной воды, блок управления, соединенный с блоком датчиков уровня и с цепями управления генератора озона, насоса и запорных устройств, трубопровод подачи озона от генератора озона соединен с эжектором, деструктор озона, установленный в верхней части контактно-фильтровальной емкости, трубопровод отвода промывной воды соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости через гидрозатвор /Патент РФ на полезную модель №94968, C02F 1/78, 2010 г./.
Недостатками известной установки являются большой расход промывной воды, невысокая эффективность регенерации зернистой загрузки из активированного угля, а также невысокая степень использования озона.
Техническая проблема состоит в создании экономичной установки с повышенной степенью очистки воды и увеличенной продолжительностью фильтроцикла.
Технический результат от использования предложенной установки для очистки воды заключается в повышении степени использования озона и степени регенерации фильтрующей загрузки при одновременном сокращении расхода промывной воды.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в установке для очистки воды, содержащей контактно-фильтровальную емкость с зернистой загрузкой из активированного угля и дренажно-распределительной системой, размещенными в ее нижней части, с расположенными в верхней части емкости эжектором озоноводяной смеси, блоком датчиков уровня и деструктором озона, трубопровод подачи воды на очистку с установленным на нем запорным устройством, соединенный с эжектором озоноводяной смеси, трубопровод подачи воды на промывку с установленным на нем запорным устройством и соединенный с трубопроводом подачи воды на очистку и дренажно-распределительной системой, трубопровод отвода очищенной воды с установленным на нем запорным устройством, обводной трубопровод с установленными на нем насосом и запорным устройством, соединенный с дренажно-распределительной системой, трубопроводом отвода очищенной воды и озоноводяным эжектором, трубопровод отвода промывной воды, генератор озона с трубопроводом подачи озона, соединенным с эжектором озоноводяной смеси, и блок управления, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня, генератором озона, насосом и запорными устройствами, контактно-фильтровальная емкость под зернистой загрузкой из активированного угля снабжена поддерживающим гравийным слоем и эжектором промывки, дренажно-распределительная система расположена в гравийном слое, контактно-фильтровальная емкость снабжена в верхней части магистралью возврата остаточного озона, соединенной с трубопроводом подачи озона, и магистралью отвода воздуха, соединенной с эжектором промывки, а трубопровод подачи воды на промывку снабжен отводным трубопроводом с установленным на нем запорным устройством и соединенным с эжектором промывки, при этом в качестве запорных устройств используют электромагнитные клапаны.
Предпочтительно, что в качестве магистралей возврата остаточного озона и отвода воздуха используют гибкие силиконовые шланги.
Предпочтительно, что установку выполняют в блочном исполнении.
На чертеже приведено схематическое изображение установки для очистки воды.
Установка очистки воды фильтрованием содержит контактно-фильтровальную емкость 1 со слоем зернистой загрузки из активированного угля 2 и поддерживающим слоем гравия 3, в котором расположены дренажно-распределительное устройство 4 и эжектор промывки 5. В верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 расположены эжектор озоноводяной смеси 6, датчик уровня 7 и деструктор озона 8. Установка содержит озонатор 9, который через трубопровод подачи озона 10 соединен с эжектором 6. В верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 расположены магистраль возврата избыточного озона 11, соединенная с трубопроводом подачи озона 10, и магистраль отвода воздуха 12, соединенная с эжектором промывки 5. Установка содержит трубопровод подачи воды на очистку 13 с установленными на нем краном 14 и запорным устройством 15, соединенный с эжектором озоноводяной смеси 6 и трубопроводом подачи воды на промывку 16 с установленным на нем запорным устройством 17, соединенным с дренажно-распределительным устройством 4 и снабженным отводным трубопроводом 18 с установленным на нем запорным устройством 19 и соединенным с эжектором промывки 5.
Обводной трубопровод 20 с насосом 21 и запорным устройством 22 соединен с дренажно-распределительным устройством 4, эжектором озоноводяной смеси 6 и трубопроводом отвода очищенной воды 23 с установленными на нем запорным устройством 24 и краном 25. В верхней части контактно-фильтровальная емкость 1 соединена с трубопроводом отвода промывной воды 26. Блок управления работой установки 27 соединен электрическими связями с блоком датчиков уровня 7, генератором озона 9, насосом 21 и запорными устройствами 15, 17, 19, 22 и 24, установленными на трубопроводах подачи воды на очистку 13, подачи воды на промывку 16, отводном трубопроводе 18, обводном трубопроводе 20 и трубопроводе отвода очищенной воды 23 соответственно. В качестве запорных устройств использованы электромагнитные клапаны, а магистраль возврата избыточного озона 11, соединенная с трубопроводом подачи озона 10, и магистраль отвода воздуха 12, соединенная с эжектором промывки 5, выполнены из гибкого силиконового шланга.
Установка работает следующим образом.
В режиме очистки воды - фильтрации - блок управления установкой 10 включает озонатор 9 и запорное устройство - электромагнитный клапан 15, на трубопроводе подачи воды на очистку 13 открывают кран 14. Все остальные запорные устройства закрыты. Исходную воду по трубопроводу подачи воды на очистку 13 подают в эжектор озоноводяной смеси 6, создавая в нем разрежение, за счет которого из озонатора 9 в эжектор озоноводяной смеси 6 поступает образовавшаяся в процессе его работы озоновоздушная смесь. В эжекторе озоноводяной смеси 6 происходит смешение исходной воды, подаваемой на очистку, с озоном, полученная озоноводяная смесь поступает в контактно-фильтровальную емкость 1 и заполняет ее до задатчика верхнего уровня блока датчиков уровня 7, при замыкании которого электромагнитный клапан 15 закрывается и озонатор 9 выключается.
В контактно-фильтровальной емкости 1 за счет взаимодействия озона с химическими соединениями, содержащимися в исходной воде, подаваемой на очистку, происходит окисление катионов металлов (железо, марганец и др.), переход их в нерастворимые в воде соединения, деструкция органики и обеззараживание патогенной микрофлоры. При включении потребления очищенной воды открывают кран 25 и включают электромагнитный клапан 24 на трубопроводе отвода очищенной воды 23 и насос 20, при этом озонированная вода проходит последовательно слой зернистой загрузки из активированного угля 2 и поддерживающий слой гравия 3 и через дренажно-распределительное устройство 4 по трубопроводу отвода очищенной воды 23 поступает потребителю.
Фильтрация через слой зернистой загрузки из активированного угля позволяет извлечь взвешенные частицы нерастворимых в воде соединений, в частности солей тяжелых металлов, и удалить избыточный непрореагировавший озон из озоноводяной смеси. Непрореагировавший озон через магистраль возврата избыточного озона 11 поступает в трубопровод подачи озона 10 и в эжектор озоноводяной смеси 6 для повышения концентрации озона в озоноводяной смеси на выходе из эжектора 6, а также в деструктор озона 8, откуда удаляется в атмосферу. При понижении уровня воды в контактно-фильтровальной емкости 1 до задатчика нижнего уровня блока датчиков уровня 7 открывают электромагнитный клапан 15, включают озонатор 9, электромагнитный клапан 24 закрывают, цикл заполнения контактно-фильтровальной емкости 1 повторяется и новая порция исходной воды снова контактирует с озоном с целью очистки и обеззараживания.
За счет рециркуляции остаточного озона и повторного вовлечения его в процесс повышается глубина окисления химических соединений, содержащихся в исходной воде, что приводит к увеличению их способности задерживаться при последующем фильтровании.
По мере снижения качества очищенной воды за счет снижения фильтрационной способности активированного угля возникает необходимость его регенерации. Регенерацию осуществляют путем двухстадийной промывки - обратной и прямой - следующим образом.
Обратная промывка. Электромагнитные клапаны 15 и 24 закрыты, озонатор 9 выключен. Электромагнитный клапан 17 открывают. Исходную воду по трубопроводу подачи воды на очистку 13 и соединенному с ним трубопроводу подачи воды на промывку 16 через электромагнитный клапан 17 подают в дренажно-распределительную систему 4. Электромагнитный клапан 17 работает в циклическом режиме (открыт - закрыт), при котором периодически при закрытии повышается давление перед дренажно-распределительной системой 4, а при открытии за счет высокого давления происходит импульсное встряхивание уплотненного слоя активированного угля 2, что повышает эффективность регенерации. Промывная вода самотеком выводится из контактно-фильтровальной емкости 1 через трубопровод отвода промывной воды 26. Затем проводят водовоздушную промывку. Электромагнитный клапан 17 на трубопроводе подачи воды на промывку 16 закрывают, а электромагнитный клапан 19 на отводном трубопроводе 18 открывают. Исходная вода, подаваемая на промывку, проходит через электромагнитный клапан 19 и поступает в эжектор промывки 5, в котором создается разрежение, за счет чего из верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 в эжектор промывки 5 по магистрали отвода воздуха 12, выполненной из гибкого силиконового шланга, поступает воздух. Происходит интенсивная промывка слоя активированного угля, при которой уровень воды в контактно-фильтровальной емкости 1 повышается и промывная вода вместе с отмытыми хлопьями железа, марганца и других загрязнений самотеком выводится из контактно-фильтровальной емкости 1 через трубопровод отвода промывной воды 26.
После проведения обратной промывки проводят прямую промывку, поскольку в контактно-фильтровальной емкости 1 остается исходная вода, которую перед подачей потребителю необходимо заменить на озонированную. При этом электромагнитный клапан 19 закрывают, электромагнитный клапан 22, установленный на обводном трубопроводе 20, открывают. Электромагнитные клапаны 15 и 17 закрыты. Озонатор 9 включают. Насос 21, установленный на обводном трубопроводе 20, соединенном с дренажно-распределительным устройством 4, через слой активированного угля 2, поддерживающий слой гравия 3 и дренажно-распределительное устройство 4 подает воду из контактно-фильтровальной емкости 1 через электромагнитный клапан 22 и эжектор озоноводяной смеси 6 в нее же. При этом в эжекторе 6 происходит смешение циркулирующей воды с озоном. В процессе прямой промывки отвод промывной воды из контактно-фильтровальной емкости 1 не производят, что позволяет сократить общий объем воды, идущей на промывку. После завершения прямой промывки установка готова к работе, что означает приведение всех ее элементов в положение для заполнения контактно-фильтровальной емкости 1.
Блочное исполнение установки позволяет смонтировать ее на одной раме, что существенно упрощает и ускоряет ее монтаж.
Использование в предложенной установке импульсной регенерации зернистой загрузки из активированного угля 2 за счет циклического режима работы электромагнитного клапана 17, а также эжектора промывки 5, установленного ниже зернистой загрузки из активированного угля 2 и обеспечивающего интенсивную водовоздушную промывку за счет рециркуляции выделенного в процессе промывки воздуха, позволяет повысить степень регенерации фильтрующей загрузки при одновременном сокращении расхода промывной воды. Кроме того, за счет рециркуляции первоначально непрореагировавшего с очищаемой водой озона снижаются затраты на его производство.
Таким образом, заявлена установка для очистки воды с повышенной степенью очистки воды за счет рециркуляции остаточного озона и повторного вовлечения его в процесс окисления с последующим фильтрованием озонированной очищаемой воды и повышенной степенью регенерации фильтрующей загрузки за счет эффективного восстановления (фильтрационных) сорбционных свойств активированного угля при одновременной экономичности за счет рециркуляции озона и сокращения расхода промывной воды.