УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)

Установка для технологического моделирования процесса очистки воды (варианты)
Установка относится к области обработки воды, а более конкретно - к области создания модельной установки для проведения предварительных технологических испытаний при выборе способа очистки подземной воды от железа, а также воды, содержащей другие загрязнения (в том числе и органические вещества), и может быть применена для исследования процессов очистки и других жидкостей.
Известен лабораторный фильтр (Кульский Л. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1981. С. 211-212), выполненный из стеклянной трубки диаметром 50 мм, заполненный на высоту 1000 мм слоем кварцевого песка с размером зерен 0,8-1,8 мм. На высоте 40 см над верхом фильтра закреплен резиновый шланг, по которому подают воду со скоростью фильтрования 6-8 м/ч в течение 10 суток, сбрасывая фильтрат в канализацию. Пробы фильтрата отбирают для анализа на содержание железа (II) и железа (III), кальция, определяют рН. Однако область применения такого фильтра ограничена, он может быть использован для пробного обезжелезивания воды только с малым содержанием железа.
Известно также устройство для пробного обезжелезивания воды (Кульский Л. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1981. С. 211-212), содержащее лабораторный аэрационный прибор и фильтр, описанный выше. Аэрационный прибор для пробного обезжелезивания воды представляет собой два мерных или луженных стальных сосуда с дырчатыми днищами и приемный стеклянный сосуд емкостью 6 дм. Аэрируемую воду наливают в верхний сосуд диаметром 100 мм с отверстиями в днище. Вода проходит через отверстия и стекает каплями в нижний разбрызгивающий сосуд диаметром 150 мм, а затем в сборный стеклянный сосуд. В стеклянном сосуде вода находится 45 мин. Затем осуществляют фильтрование со скоростью 5 м/ч на лабораторном фильтре.
К недостаткам этой установки следует отнести невозможность ее использования при работе с водой, загрязненной органическими веществами, железо-марганцевыми комплексными соединениями.
МПК7С02Р1/72
гического моделирования и расчет скорых фильтров и контактных осветлителей.- Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1982, № 11. с. 109-116), состоящая из трех фильтровальных колонок, выполненных из оргстекла, сечением 10 10 см , высотой 100 см, соединенных последовательно друг с другом. Каждая колонка загружается однородной загрузкой диаметром 1; 1,3; 1,5 мм, высота слоя загрузки составляет 600 мм. Каждая колонка оборудована пробоотборниками, штуцерами для пьезометров, патрубками для подачи промывной воды и для ее отвода. Исходная вода из производственных (или модельных) отстойников или осветлителей со взвешенным осадком по трубе подается в сосуд постоянного напора, оборудованный переливным водосливом, а для подачи воды используется протарированный насадок. Вода фильтруется в направлении сверху вниз, проходит последовательно три колонки и отводится по трубе. Скорость фильтрования при проведении опыта постоянна. В процессе опыта проводится непрерывный отбор проб из пробоотборников через каждые 30 мин и запись потерь напора по пьезометрам. Окончание фильтроцикла определяется по содержанию твердого компонента в фильтрате на выходе из последней колонки (1,5 мг/л).
С помошью данной установки, состоящей из трех последовательно соединенных фильтровальных колонок, путем проведения единого эксперимента - серии опытных фильтроциклов - можно получить решение полного комплекса задач, возникающих при разработке, проектировании и эксплуатации процессов обезжелезивания, в том числе: определить принципиальную возможность и эффективность принятого метода обезжелезивания; определить оптимальную скорость фильтрования и режим аэрации; установить, как работает фильтрующая загрузка по слоям (по направлению фильтруемого потока) и грязеемкость каждого слоя; определить влияние параметров процесса на режим фильтрования; установить эффективность работы фильтрующего материала; получить влияние изменений условий процесса на стабильность режима работы фильтров; провести испытание процесса в различных эксплуатационных условиях; прогнозировать эксплуатационный режим и т. д.
Хотя установка по технической сути близка к полезной модели, однако, она не решает задачи определения оптимального режима окисления растворенных примесей в случае загрязнения воды железом и марганцем в присутствии органических веществ.
Задача полезной модели - создать установку для проведения технологического моделирования процесса очистки воды, содержащей различные загрязнения, в том числе растворенные примеси железа и марганца в присутствии органических веществ, а также учитывающую изменение состава загрязнений в воде в течение времени.
Задача решается с помощью заявляемой установки. По аналогии с прототипом установка содержит трубопровод для подачи исходной воды, узел фильтрации из последовательно соединенных между собой фильтровальных колонок, каждая из которых снабжена пробоотборниками, пьезометрами и трубопроводами для подвода промывной воды и для ее отвода.
Но в отличие от этой известной установки заявляемая в качестве полезной модели установка дополнительно содержит: по первому варианту последовательно соединенные узел аэрации и камеру-реактор для формирования осадка с трубопроводом для удаления осадка, при этом камера-реактор соединена последовательно с первой фильтровальной колонкой, а узел аэрации выполнен в виде соединенных в циркуляционный контур камеры аэрации с трубопроводом для подачи воздуха или озона, эжектора-смесителя и насоса, причем трубопровод для подачи исходной воды соединен с камерой аэрации, а внутри камеры аэрации размещен рассеиватель в виде воронки, который связан с эжекторомсмесителем, кроме этого, камера аэрации и камера-реактор выполнены с возможностью удаления непрореагировавщего воздуха или озона.
А по второму варианту исполнения установка отличается от прототипа тем, что она дополнительно содержит последовательно соединенные узел аэрации и камеру-реактор для формирования осадка с трубопроводом для удаления осадка, которая соединена также последовательно с первой фильтровальной колонкой узла фильтрации, а узел аэрации выполнен в виде соединенных между собой в циркуляционный контур двух стеклянных трубок, заполненных стеклянными кольцами Ращига, при этом первая трубка соединена с трубопроводом подачи воздуха или озона и с трубопроводом для подачи исходной воды, а
вторая - с камерой-реактором, которая выполнена с возможностью удаления непрореагировавщего воздуха или озона.
Отличием от прототипа в обоих вариантах исполнения является также то, что днище камеры-аэратора выполнено конусообразным.
Таким образом, отличиями от прототипа являются:
-установка дополнительно содержит последовательно соединенные узел аэрации и камеру-реактор для формирования осадка с трубопроводом для удаления осадка, при этом камера-реактор соединена последовательно с первой фильтровальной колонкой;
-днище камеры-реактора выполнено конусообразным;
- в установке по первому варианту исполнения трубопровод для подачи исходной воды соединен с камерой аэрации, а внутри камеры аэрации размещен рассеиватель в виде воронки, который связан с эжектором-смесителем; камера аэрации и камера-реактор выполнены с возможностью удаления непрореагировавшего воздуха или озона;
по второму варианту исполнения узел аэрации выполнен в виде соединенных между собой в циркуляционный контур двух стеклянных трубок, заполненных стеклянными кольцами Рашига;
в установке по второму варианту исполнения первая стеклянная трубка соединена с трубопроводом подачи воздуха или озона и с трубопроводом для подачи исходной воды, а вторая - с камерой-реактором для формирования осадка. Отличия от прототипа подтверждают новизну полезной модели. Задача решена благодаря тому, что входящий в установку дополнительно узел аэрации позволяет определить оптимальный режим окисления растворенных примесей в случае загрязнения воды железом и марганцем в присутствии органических веществ, а камера-реактор служит для формирования осадка, его осаждения и удаления. Установка учитывает все свойства воды, в том числе изменение состава загрязнений в течение времени, и, поэтому может быть применена для исследования процессов очистки воды, содержащей различные загрязнения, в том числе и органические вещества.
И в первом и во втором варианте узел аэрации выполняет одну и ту же функцию, несмотря на разное конструктивное исполнение. А в целом, установка и по первому и по второму варианту рещает одну и ту же поставленную задачу, что соответствует требованию единства полезной модели.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг, 1 изображена блоксхема установки для технологического моделирования процесса очистки воды, на фиг. 2 представлена схема модельной установки для технологического моделирования процесса очистки воды по первому варианту, на фиг. 3 - по второму варианту.
Установка для технологического моделирования процесса очистки воды содержит узел аэрации 1, камеру-реактор для формирования осадка 2 и узел фильтрации 3 (фиг. 1).
По первому варианту исполнения (фиг. 2) установка включает в себя подводящий трубопровод исходной воды 4, узел аэрации, включающий камеру аэрации 5, содержащую рассеиватель в виде воронки 6 и трубопровод для отвода непрореагировавщего воздуха или озона 7, соединенные в циркуляционный контур с камерой аэрации 5 насос 8 и эжектор-смеситель (воды с воздухом или озоном) 9. Установка содержит также камеру-реактор для формирования осадка 2, оборудованную переливным трубопроводом 10, последовательно соединенные фильтровальные колонки 11, 12, 13, заполненные фильтрующим материалом 14, уложенным на поддерживающий слой 15, пробоотборникками 16, 17, 18, щит с пьезометрами 19, трубопроводы для подачи и отвода промывной воды 20 и 21, соответственно, и трубопровод для отвода фильтрата 22.
На фиг. 3 представлена схема модельной установки для технологического моделирования процесса фильтрования по второму варианту, которая включает в себя подводящий трубопровод исходной воды 4, узел аэрации в виде соединенных в циркуляционный контур двух стеклянных трубок 23, 24, трубопровод для подачи воздуха или озона 25, камеру-реактор для формирования осадка 2 с трубопроводом для отвода непрореагировавщего воздуха или озона 26, последовательно соединенные фильтровальные колонки 11, 12, 13, заполненные фильтрующим материалом 14, уложенным на поддерживающий слой 15, пробоотборники 16, 17, 18, щит с пьезометрами 19, трубопроводы для подачи и отвода промывной воды 20 и 21, соответственно, и трубопровод для отвода фильтрата 22.
Установка по первому варианту работает следующим образом.
Исходная вода по подводящему трубопроводу 4 поступает в камеру аэрации 5 и по циркуляционному контуру насосом 8 через эжектор-смеситель 9 и рассеиватель в виде воронки 6 подается обратно в камеру аэрации 5, обеспечивающим такое время контакта воды с кислородом, которого достаточно для инициирования процессов окисления и гидролиза соединений двухвалентного железа с образованием осадка гидроксида. Через камеру аэрации вода циркулирует 5-20 мин. и насыщенная воздухом (или озоном) поступает в камеру-реактор для формирования осадка 2. Далее, аэрированная вода поступает в последовательно соединенные фильтровальные колонки 11, 12, 13, загруженные фильтрующим материалом 14, и отводится по трубопроводу для отвода фильтрата 22. В процессе работы через определенные интервалы времени проводится непрерывный отбор проб из пробоотборников 16, 17, 18. Потери напора определяются по пьезометрам. После окончания фильтроцикла каждая колонка промывается отдельно. Промывка фильтров осуществляется с помощью трубопроводов для подачи и отвода промывной воды 20 и 21, соответственно.
Скорость фильтрования при проведении опыта постоянна. При обезжелезивании воды рекомендуется скорость фильтрования 5-10 м/ч.
Установка по второму варианту работает следующим образом.
Исходная вода по подводящему трубопроводу 4 поступает в первую стеклянную трубку 23, к днищу которой присоединен трубопровод для подачи воздуха или озона 25, далее вода поступает во вторую стеклянную трубку 24, откуда часть воды отправляется в камеру-реактор для формирования осадка 2, а другая часть подается обратно в первую
стеклянную трубку 23, далее по циркуляционному контуру. Из камеры-реактора для формирования осадка 2 аэрированная вода поступает в последовательно соединенные фильтровальные колонки 11, 12, 13, загруженные фильтрующим материалом 14 и отводится по трубопроводу для отвода фильтрата 22. В процессе работы через определенные интервалы времени проводится непрерывный отбор проб из пробоотборников 16, 17, 18. Потери напора определяются по пьезометрам. Промывка фильтров осуществляется с помощью трубопроводов для подачи и отвода промывной воды 20 и 21, соответственно.
Входящие в установку устройства позволяют осуществить все операции, необходимые для проведения технологического моделирования процесса очистки воды, загрязненной железо-марганцевыми комплексными соединениями в присутствии органических веществ, и, обеспечивающие такое время контакта воды с кислородом, которого достаточно для инициирования процессов окисления и гидролиза соединений двухвалентного железа с образованием осадка гидроксида.
Результаты технологических испытаний при различных условиях обработки показаны в таблице 1.
Таблица 1
Как видно из таблицы, показатели состава и свойств воды, обработанной на заявляемой установке выше, чем на известной установке, а, следовательно, она более приемлема для проектно-изыскательских работ, для выработки рекомендаций но оптимизации существующей технологической схемы, если она перестала удовлетворять требованиям по очистке воды до нормативного качества.