МОБИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к области очистки поверхностных и подземных природных вод с применением физико-химических способов обработки воды и может быть использована для получения чистой питьевой воды, а также воды требуемого качества для различных технологических и хозяйственно-бытовых целей.
В настоящее время из уровня техники известны многочисленные установки и станции для очистки воды, различающихся между собой как применяемыми технологиями очистки, так и набором входящих в них элементов. Как правило, известные установки в большинстве являются стационарными и требуют значительных площадей для размещения входящего в их состав оборудования, а также относительно больших энергозатрат на получение чистой воды. В связи с этим существует потребность в создании мобильных малогабаритных установок очистки воды, размещающихся в контейнере и способных к легкой транспортировке в нужное место с быстрым выходом на рабочий режим без дополнительного монтажа основных элементов.
Известна установка очистки вод (патент на полезную модель RU 113263, опубл. 10.02.2012 «Установка по очистке сточных вод»), принцип действия которой основан на применении нескольких химических компонентов и физических воздействий для получения чистой воды в замкнутом контуре, и предназначенная для очистки сточных, природных вод из открытых и подземных источников. Установка состоит из трех функциональных блоков: предварительной очистки, коагуляции-флотации, доочистки и обеззараживания. Первый блок служит для первичной очистки воды путем выделения из нее крупных фракций посредством отстаивания и фильтрации. В блоке коагуляции-флотации осуществляется обработка воды в гидродинамическом кавитаторе и смешивание ее с озоно-воздушной смесью, генерируемой из атмосферного воздуха в лампе УФ-излучения, взаимодействие частиц загрязнений с добавляемым коагулянтом, их укрупнение и удаление посредством озонофлотации. Блок доочистки и обеззараживания обеспечивает доочистку воды фильтрацией с применением на финальной стадии одновременной обработки ультразвуком и УФ-излучением.
Недостатками данной установки являются длительность процесса переработки, обусловленная многостадийностью, неудовлетворительные массогабаритные показатели установки в виду наличия реакционных емкостей большого объема, высокое энергопотребление, а также вредное воздействие ультразвука на обслуживающий персонал и людей, находящихся в непосредственной близости к установке.
Известна мобильная малогабаритная станция (патент на полезную модель RU 142624, 27.06.2014 «Мобильная малогабаритная станция очистки воды»), представляющая собой установку для очистки воды, смонтированную внутри блок-бокса контейнерного типа. Установка содержит блок предварительной очистки, в который входят входной сетчатый фильтр с вентилем и электрохимический коагулятор, камера окисления, и блок окончательной очистки, в который входят две камеры коагуляции, напорный фильтр и накопитель чистой воды. Для дезинфекции воды, поступившей в накопитель чистой воды, от бактериальных загрязнителей установка содержит озонатор, соединенный с блоком питания и фильтром для очистки воздуха, кавитатор, расположенный внутри накопителя чистой воды, который соединен с эжектором и насосом в циркуляционный контур и блок разложения остаточного озона.
Недостатками станции является технологическая сложность, длительная продолжительность процесса обработки воды, обусловленная многостадийностью, связанной с наличием нескольких камер коагуляции, повышенный расход электроэнергии из-за наличия в составе станции пяти насосов, озонатора и электрохимического коагулятора, а также необходимость дополнительных расходных материалов в виде электродов для проведения электрокоагуляции.
В качестве прототипа заявляемой установки, близкой по технической сущности, выбрана мобильная станция очистки воды (патент на полезную модель RU 156852, опубл. 20.11.2015 «Мобильная станция очистки воды»), содержащая сетчатый фильтр, блок окисления, накопитель чистой воды, трубопроводы и вспомогательное оборудование, в которой между сетчатым фильтром и блоком окисления установлен волоконный фильтр, блок окисления содержит установку плазменного окисления. Между сетчатым фильтром и волоконным фильтром установлены блок коагуляции и блок эжектирования озонсодержащего газа, а между блоком окисления и накопительной емкостью установлены угольный фильтр и блок консервации.
Станция работает следующим образом. Очищаемая вода поступает на сетчатый фильтр, где очищается от грубых примесей, песка, ила и т.п. После этого вода подвергается обработке озоном в блоке эжектирования озонсодержащего газа, в результате чего происходит разрушение части органических примесей и происходит окисление солей железа до трехвалентного состояния, после чего поступает в блок коагуляции, где происходит реагентная обработка коагулянтом или его смесью с флокулянтом с целью гарантировать их выпадение в виде хлопьев и удаление на волоконном фильтре. На волоконном фильтре производится окончательная очистка воды от взвесей, после чего она поступает на установку плазменного окисления, в которой органические примеси окисляются за счет воздействия возбужденного атомарного кислорода, образующегося в разряде, на очищаемую воду. Образующийся озонсодержащий газ поступает в блок эжектирования озонсодержащего газа, и частично в угольный озононакопитель, и далее в атмосферу. Так как при сильной загрязненности обрабатываемой воды или при малых дозах коагулянта и малом времени плазменной обработки, вода может не соответствовать нормам по цветности и запаху, то она может подвергаться дополнительной очистке на угольном фильтре. Для поддержания стерильности полученной питьевой воды в ходе хранения и перекачки, она должна содержать некоторое количество активного хлора, в связи с чем, в нее добавляется активный хлор путем введения дозированных количеств гипохлорита натрия или электрохимического хлорирования в блок консервации. Очищенная вода поступает в емкость накопителя чистой воды и далее потребителю.
Недостатками прототипа являются длительность процессов обработки воды, обусловленная наличием нескольких циклов фильтрования с использованием различных видов фильтров, многостадийность процесса очистки, высокое энергопотребление и технологическая сложность аппаратурного оформления ввиду наличия в составе станции водоочистки, установки плазменного окисления, устройства мембранного разделения воздуха для получения кислорода с последующим образованием из него озона, угольных озононакопителя и озонодеструктора, а также блока консервации и электрохимического хлорирования. Кроме того, в результате обработки воды активным хлором при определенных условиях, возможно ее вторичное загрязнение, вследствие образования опасных для здоровья человека веществ (хлорорганических соединений), являющихся мутагенами, которые могут вызывать на генетическом уровне изменения в организме человека и увеличивают риск раковых заболеваний.
Технический результат полезной модели заключается в создании более простой в технологическом исполнении мобильной установки, обладающей большей экологичностью, которая при минимальных затратах электроэнергии, без потери производительности обеспечивает эффективную очистку и получение чистой воды, соответствующей санитарным нормам, а также способствует снижению экологической нагрузки на окружающую среду, за счет сбора полученного в результате очистки, обезвоженного осадка загрязнителей.
Технический результат достигается путем использования мобильной установки очистки воды, включающей сетчатый фильтр предварительной механической очистки, насос, блок реагентной обработки, блок фильтрации, накопитель чистой воды, трубопроводы и вспомогательное оборудование, при этом блок реагентной обработки, заключенный в корпус, содержит реакционную камеру с зоной флотационного удаления загрязнений, камеру коагуляции с зоной удаления осадка и камеру осветленной воды, причем реакционная камера соединена с напорным трубопроводом для подачи исходной воды двумя линиями трубопроводов, при этом первая линия трубопровода снабжена, по меньшей мере, двумя последовательно расположенными водоводяными эжекторами для ввода различных реагентов, а вторая линия трубопровода, предназначенная для кавитационной обработки и окисления загрязнений воды, снабжена водовоздушным эжектором для ввода воздуха из атмосферы, при этом диффузор первой линии трубопровода и выход водовоздушного эжектора расположены в реакционной камере блока реагентной обработки и направлены соосно навстречу друг другу, при этом камера осветленной воды блока реагентной обработки соединена с насосом подачи осветленной воды в блок фильтрации, работающего по принципу фильтрования из тангенциального потока, при этом блок фильтрации имеет два выхода, один из которых соединен с накопителем чистой отфильтрованной воды, а другой, предназначенный для вывода концентрата не прошедшего через фильтр блока фильтрации, соединен с реакционной камерой блока реагентной обработки.
В частном случае мобильная установка очистки воды дополнительно содержит блок обработки осадка, соединенный с зоной флотационного удаления загрязнений реакционной камеры блока реагентной обработки и зоной удаления осадка камеры коагуляции блока реагентной обработки, при этом выход блока обработки осадка, предназначенный для отвода жидкости, полученной в результате обезвоживания осадка, соединен с трубопроводом подачи исходной воды.
Кроме того, мобильная установка очистки воды между блоком фильтрации и накопителем чистой воды может быть дополнительно снабжена блоком УФ-обеззараживания воды.
Повышение эффективности очистки воды решается благодаря интенсивному смешиванию реагентов и их равномерному распределению в обрабатываемой воде, за счет того, что ввод реагентов в очищаемую воду осуществляется при помощи водоводяных эжекторов, без использования специальных дозирующих устройств (насосов-дозаторов), что также приводит и к снижению расхода реагентов и уменьшению энергозатрат на водоочистку. Эффективное смешивание очищаемой воды с воздухом (аэрация) осуществляемое при помощи водовоздушного эжектора, работающего в режиме гидродинамической кавитации, приводит к разрушению крупных молекул загрязнителей и окислению растворенных в воде загрязняющих веществ различной природы, за счет чего увеличивается скорость реакции, сокращается время процесса очистки и, следовательно, увеличивается производительность установки очистки воды. При этом эффективное смешивание встречных потоков воды, обработанной реагентами и водовоздушной смеси, происходит в реакционной камере блока реагентной обработки, который в едином корпусе также содержит зону флотационного удаления загрязнений, камеру коагуляции с зоной удаления осадка и камеру осветленной воды, благодаря чему упрощается технологическое исполнения установки. Дальнейшая очистка воды осуществляется в блоке фильтрации, который работает по схеме тангенциальной фильтрации. Фильтрующий элемент при тангенциальном потоке подаваемой воды устойчив к засорению и не требует регенерации, так как является самоочищающимся фильтром, вследствие использования данной схемы фильтрования решается задача снижения многостадийности фильтрации, уменьшение ее циклов - фильтрация обрабатываемой воды происходит в одном блоке, что приводит к удобству в эксплуатации блока фильтрации и упрощению технологического исполнения установки в целом. Сбор и обработка осадка загрязнителей, полученных в результате очистки, увеличивает экологичность установки, решая задачу, направленную на достижение технического результата по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и улучшении экологической обстановки. Для ликвидации болезнетворных микроорганизмов установка может быть снабжена блоком УФ-обеззараживания воды.
Мобильная установка очистки воды может быть смонтирована, например, в блок-боксе контейнерного типа. В качестве вспомогательного оборудования установка содержит вентили, манометры, расходомеры и другие контрольно-измерительные приборы.
Ниже на фиг. 1 приведен пример конкретной реализации мобильной установки для очистки воды.
Мобильная установка очистки воды состоит из сетчатого фильтра предварительной механической очистки 1, насоса 2, блока реагентной обработки 3, который соединен напорным трубопроводом для подачи исходной воды двумя линиями трубопроводов, при этом первая линия трубопровода снабжена двумя последовательно расположенными водоводяными эжекторами 4 и 5 и диффузором 6, а вторая линия трубопровода, снабжена водовоздушным эжектором 7, при этом диффузор 6 первой линии трубопровода и водовоздушного эжектор 7, расположены в реакционной камере 8. Блок реагентной обработки 3, помимо реакционной камеры 8 с зоной флотационного удаления загрязнений 9 содержит камеру коагуляции 10 с зоной удаления осадка 11 и камеру осветленной воды 12. Камера осветленной воды 12 блока реагентной обработки 3 соединена с насосом подачи осветленной воды 13 в блок фильтрации 14, при этом блок фильтрации имеет два выхода, один из которых соединен с накопителем чистой отфильтрованной воды 15, а другой, предназначенный для вывода концентрата не прошедшего через фильтр соединен с реакционной камерой 8 блока реагентной обработки 3. Дополнительно мобильная установка очистки воды может содержать блок обработки осадка 16, соединенный с зоной флотационного удаления загрязнений 9 реакционной камеры 8 блока реагентной обработки 3 и зоной удаления осадка и камеры коагуляции 10 блока реагентной обработки 3. При этом выход, предназначенный для отвода жидкости, полученной в результате обезвоживания осадка, блока обработки осадка 16, соединен с трубопроводом подачи исходной воды. Между блоком фильтрации 14 и накопителем чистой воды 15 дополнительно может быть установлен блок УФ-обеззараживания воды 17.
В соответствии с принципиальной схемой, представленной на фиг. 1, мобильная установка очистки воды работает следующим образом. Исходная вода, проходя через входной сетчатый фильтр 1 при помощи насоса 2, поступает в блок реагентной обработки 3, при этом она разделяется на два потока в объемном соотношении потоков, например 1:4, 1:3, либо 2:3. Причем в один из потоков (меньшего объема) вводятся реагенты, а второй поток (большего объема) подвергается кавитационной обработке с аэрацией воздухом. Ввод реагентов в очищаемую воду в заявляемой установке осуществляется при помощи водоводяных эжекторов 4 и 5, работающих в режиме смешения. Эффективное перемешивание реагента с обрабатываемой водой и его равномерное распределение в объеме воды является одним из главных условий формирования частиц новой фазы. Рациональная организация режима смешения ускоряет коагуляционные процессы и приводит к снижению расхода и экономии реагентов. Зачастую для более полной очистки вод необходимо вводить в обрабатываемую воду несколько реагентов, например неорганический коагулянт и водорастворимый полимерный флокулянт и/или реагенты для корректировки водородного показателя pH, поэтому в установке предусмотрено последовательное введение в обрабатываемую воду, по меньшей мере, двух реагентов. Смешанный поток реагентов с водой направляется в реакционную камеру 8 блока реагентной обработки 3, внутри которой он вертикально вниз истекает в полость камеры через диффузор 6. Одновременно с этим, поток воды большего объема поступает в нижнюю часть реакционной камеры 8 блока реагентной обработки 3, с установленным непосредственно в реакционной камере 8 водовоздушным эжектором 7, работающим в кавитационном режиме. В водовоздушном эжекторе 7 в поток обрабатываемой воды через патрубок ввода воздуха эжектора из атмосферы инжектируется воздух и происходит кавитационная обработка воды. В реакционной камере 8 происходит соударение противоположно направленных встречных потоков воды, обработанной реагентами и воды, прошедшей кавитационную обработку и аэрацию. Таким образом, происходит эффективное смешивание потоков, благоприятствующее быстрому распределению реагентов во всем объеме обрабатываемой воды и образованию хлопьев, которые всплывают с пузырьками воздуха и удаляются в виде пены (флотошлама), в зоне удаления загрязнений 9 в верхней части реакционной камеры. Далее из реакционной камеры 8 вода поступает в камеру коагуляции 10, где происходит дальнейшее формирование и укрупнение хлопьев, которые, осаждаясь, собираются в приямке зоны удаления осадка 11 в виде скоагулированного осадка, а вода направляется в камеру осветленной воды 12. Из камеры осветленной воды 12 вода, освобожденная от взвесей и хлопьев, при помощи насоса 13 поступает в блок фильтрации 14. В блоке фильтрации, работающем по принципу фильтрования из тангенциального потока. При таком способе фильтрования, входящий поток исходной воды подается вдоль поверхности фильтрующего элемента и по мере прохождения над его поверхностью разделяется на два: очищенную воду, прошедшую через фильтрующий элемент (фильтрат) и воду не прошедшую через фильтрующий элемент и содержащую основную часть задержанных фильтрующим элементом примесей (концентрат). При тангенциальном потоке подаваемая вода перемещается вдоль поверхности фильтрующего элемента тангенциально, то есть по касательной, обеспечивая непрерывный смыв задерживаемых загрязнений с поверхности фильтрующего элемента, тем самым предотвращая образование слоя фильтровального осадка на поверхности фильтрующего элемента. Поток воды не прошедшей через фильтрующий элемент поступает в реакционную камеру 8, а чистая вода направляется в накопитель чистой воды 15.
Флотошлам (пена) зоны флотационного удаления загрязнений 9 реакционной камеры 8 и хлопьевидный осадок из зоны удаления осадка 11 камеры коагуляции 10 блока реагентной обработки 3 поступают в блок обработки осадка 16. Блок обработки осадка 16 содержит емкость-приемник хлопьевидного осадка, где он, при необходимости, для лучшей влагоотдачи обрабатывается реагентом. Далее осадок для обезвоживания поступает в специальные фильтровальные мешки, в которых он задерживается, обезвоживается и уплотняется, а освобожденная вода по отводящему трубопроводу направляется в головную часть установки в трубопровод подачи исходной воды.
Для обеззараживания воды между блоком фильтрации 14 и накопителем чистой воды 15 установка может быть укомплектована блоком УФ-обеззараживания воды 17.
Таким образом, работа мобильной установки очистки воды обеспечивает полное и комплексное решение поставленных задач и достижения технического результата, заключающегося в получении чистой воды соответствующей санитарным нормам, при минимальных энергетических затратах на водоочистку, что способствует снижению экологической нагрузки на окружающую среду и улучшении экологической обстановки. Основными преимуществами разработанной установки очистки воды наряду с мобильностью являются: низкое энергопотребление без потерь производительности по чистой воде, качество очистки воды, отвечающее санитарным нормам, а также низкая стоимость и относительная простота конструкции входящего оборудования.