Способ очистки питьевой воды и станция для его реализации
METHOD OF PURIFYING DRINKING WATER AND STATION FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к станциям водоподготовки и может быть использовано для водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий.
Известен способ и установка для обработки воды (см. патент РФ №2475457, кл. C02F 9/08, C02F 1/52, B01D 21/01, опубл. 20.02.2013 г.), включающий взаимодействие воды, балласта и флокулянта в зоне флокуляции; введение смеси в зону осаждения; удаление смеси осадка и балласта из нижней части зоны осаждения и направление ее в зону перемешивания; извлечение смеси осадка и балласта из зоны перемешивания и подачу в гидроциклон; рециркуляцию продукта из нижнего слива гидроциклона в зону флокуляции; извлечение части осадка из продукта верхнего слива гидроциклона, рециркуляцию остальной части осадка в промежуточную зону; непрерывное измерение концентрации загрязнений в воде и определение количества балласта для получения воды заданного качества. Установка содержит флокуляционный резервуар с мешалкой; трубопровод для подачи воды во флокуляционный резервуар; резервуар-отстойник, снабженный в верхней части выходным каналом; трубопровод, соединяющий нижнюю часть резервуара-отстойника с промежуточным резервуаром с мешалкой; трубопровод, соединяющий резервуар с гидроциклоном; трубопровод для рециркуляции части продукта из гидроциклона в промежуточный резервуар; датчики, вычислительное устройство, обеспечивающее непрерывное определение и регулирование количества балласта.
К причинам, препятствующим достижения указанного ниже технического результата, относится то, что в известном способе используется одноступенчатая очистка путем введения в очищаемую воду флокулянта и балласта. Однако, как показывает опыт эксплуатации станций очистки воды, одноступенчатая очистка не обеспечивает гарантированного качества очистки.
Сущность предлагаемого способа очистки воды заключается в том, что подготовку очищаемой воды осуществляют в два этапа: на первом этапе эжекционным способом в воду вводят сначала сульфат аммония, а затем гипохлорит натрия, а на втором этапе в режиме перемешивания в воду вводят коагулянт, флокулянт и балласт; подготовленную воду предварительно очищают контактно-вихревым осаждением, а окончательно - фильтрацией через намывной слой; удаленные с частью воды примеси на предварительном и окончательном этапах очистки смешивают с содовым раствором, коагулянтом и флокулянтом и направляют на сгущение контактно-вихревым осаждением, полученный осадок обезвоживают, а очищенную от примесей воду направляют на предварительную очистку; удаленный на этапе предварительной очистки балласт освобождают от примесей и повторно используют на втором этапе подготовки воды; удаленный на этапе окончательной фильтрации фильтровальный материал освобождают от примесей в силовом поле и повторно используют для процесса намывки фильтровальных элементов.
Кроме того, в режиме регенерации элементы контактно-вихревых очистителей промывают очищенной водой, а фильтровальные элементы с намывным слоем промывают водо-воздушной смесью.
Сущность станции очистки воды заключается в том, что система подготовки реагента состоит из устройств подготовки сульфата аммония, гипохлорита натрия, коагулянта, флокулянта, балласта, фильтровальной суспензии, содового раствора, причем трубопровод подачи очищаемой воды посредством эжекционных устройств соединен с устройством подготовки сульфата аммония и гипохлорита натрия, а затем с насосной станцией и системой подготовки воды, которая, в свою очередь, соединена посредством трубопроводов с устройством подготовки коагулянта, флокулянта и балласта; сама система подготовки воды трубопроводом соединена с контактно-вихревым осадителем, а тот, в свою очередь, - с намывным ламельным фильтром, причем вихревой осадитель и намывной ламельный фильтр трубопроводами соединены с устройством сгущения и обезвоживания осадка.
Кроме того, контактно-вихревой осадитель выполнен в виде открытой емкости с расположенными внутри осадительными элементами в виде вертикальных ламелей, оснащенных боковыми наклонными полками.
Намывной ламельный фильтр включает в себя перфорированный каркас, выполненный в виде плоской полой пластины с внутренней полостью размером не менее 1 мм, причем пластины нижней своей частью объединены в общий патрубок для отвода очищенной воды, фильтр состоит, как минимум, из двух фильтрующий элементов, собранных параллельно друг другу в пакет, причем пакет с внешних сторон и между фильтрующими элементами оснащен промывочными соплами, расположенными по всей ширине фильтрующий элементов, а сами сопла через штанги соединены с порталом, имеющим привод для возвратно-поступательного перемещения сопел.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат: снижение удельных капитальных вложений, трудоемкости и энергозатрат очистки единицы объема воды в результате повторного использования реагентов (балласта) и фильтровальных материалов.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложенный способ включает в себя подготовку воды перед очисткой путем ввода реагентов, очистку воды методом гравитационного осаждения с применением балластных материалов и методом фильтрации, гидроциклонное разделение балласта и удаленных из жидкости примесей, обеззараживание воды перед отправкой ее потребителю.
Особенность заключается в том, что подготовку очищаемой воды осуществляют в два этапа: на первом этапе эжекционным способом в воду вводят сначала сульфат аммония, а затем гипохлорит натрия, а на втором этапе в режиме перемешивания в воду вводят коагулянт, флокулянт и балласт; подготовленную воду предварительно очищают контактно-вихревым осаждением, а окончательно - фильтрацией через намывной слой; удаленные с частью воды примеси на предварительном и окончательном этапах очистки смешивают с содовым раствором, коагулянтом и флокулянтом и направляют на сгущение контактно-вихревым осаждением, полученный осадок обезвоживают, а очищенную от примесей воду направляют на предварительную очистку; удаленный на этапе предварительной очистки балласт освобождают от примесей и повторно используют на втором этапе подготовки воды; удаленный на этапе окончательной фильтрации фильтровальный материал освобождают от примесей в силовом поле и повторно используют для процесса намывки фильтровальных элементов.
Кроме того, в режиме регенерации элементы контактно-вихревых очистителей промывают очищенной водой, а фильтровальные элементы с намывным слоем промывают водо-воздушной смесью.
Станция очистки воды состоит из системы подготовки реагентов, емкостей, оснащенных мешалками, очистителей предварительной и окончательной очистки воды, системы сгущения и обезвоживания осадка, системы обеззараживания, насосных станций, трубопроводов и задвижек.
Особенность заключается в том, что система подготовки реагента состоит из устройств подготовки сульфата аммония, гипохлорита натрия, коагулянта, флокулянта, балласта, фильтровальной суспензии, содового раствора, причем трубопровод подачи очищаемой воды посредством эжекционных устройств соединен с устройством подготовки сульфата аммония и гипохлорита натрия, а затем с насосной станцией и системой подготовки воды, которая, в свою очередь, соединена посредством трубопроводов с устройством подготовки коагулянта, флокулянта и балласта; сама система подготовки воды трубопроводом соединена с контактно-вихревым осадителем, а тот, в свою очередь, - с намывным ламельным фильтром, причем вихревой осадитель и намывной ламельный фильтр трубопроводами соединены с устройством сгущения и обезвоживания осадка.
Кроме того, контактно-вихревой осадитель выполнен в виде открытой емкости с расположенными внутри осадительными элементами в виде вертикальных ламелей, оснащенных боковыми наклонными полками. Намывной ламельный фильтр включает в себя перфорированный каркас, выполненный в виде плоской полой пластины с внутренней полостью размером не менее 1 мм, причем пластины нижней своей частью объединены в общий патрубок для отвода очищенной воды, фильтр состоит, как минимум, из двух фильтрующий элементов, собранных параллельно друг другу в пакет, причем пакет с внешних сторон и между фильтрующими элементами оснащен промывочными соплами, расположенными по всей ширине фильтрующий элементов, а сами сопла через штанги соединены с порталом, имеющим привод для возвратно-поступательного перемещения сопел.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Структурная схема станции представлена на фигуре. Станция состоит из:
А - системы подготовки реагентов,
Б - системы предварительной подготовки воды,
В - насосной станции,
Г - системы окончательной подготовки воды,
Д - системы каскадного контактно-вихревого гравитационного осаждения,
Е - системы намывной ламельной фильтрации,
Ж - системы обработки фильтрата,
И - системы сгущения и обезвоживания осадка,
К - системы обеззараживания воды,
Л - насосной станции.
Система подготовки реагентов включает в себя устройство 1 подготовки сульфата аммония, устройство 2 подготовки гипохлорита натрия, устройство 3 подготовки коагулянта, устройство 4 подготовки флокулянта, устройство 5 подготовки балласта, устройство 6 подготовки фильтровальной суспензии, устройство 7 подготовки содового раствора.
Система предварительной подготовки воды включает в себя эжекционные смесители 8 и 9.
Насосная станция состоит из бака-накопителя 10 и насоса 11. Система окончательной подготовки воды состоит из емкости 12 с мешалкой 13.
Система каскадного контактного вихревого осаждения состоит из контактно-вихревого осадителя 14, осадительных элементов 15, выполненных в виде вертикальных ламелей, оснащенных боковыми наклонными полками, емкости 16 с мешалкой 17, гидроциклона 18, емкости 19, насосов 20, 21 и 22.
Система намывных ламельных фильтров состоит из емкости 23, перфорированных каркасов 24, выполненных в виде плоских полых пластин с внутренней полостью размером не менее 1 мм, собранных параллельно друг другу в пакет и объединенных общим отводящим патрубком 25. Устройство смыва состоит из сопел 26, которые крепятся на портале 27 через штанги 28. Кроме того, система состоит из бака 29 с мешалкой, емкости 30, гидроциклонов 31 и 32, емкости 33, насосов 34 и 35. Систему обслуживает компрессор 36.
Система обработки фильтрата состоит из контактно-вихревого осадителя 37, осадительных элементов 38, выполненных в виде вертикальных ламелей, оснащенных боковыми наклонными полками, емкости 39, эжекционных смесителей 40, 41 и 42, насоса 43.
Система сгущения и обезвоживания осадка состоит из емкости 44, сгустителя 45 (например, детандера), тары 46, насосов 47 и 48.
Система обеззараживания воды оснащено устройством 49 ввода в очищенную воду гипохлорита натрия.
Насосная станция включает в себя накопительную емкость 50, насосы 51 и 52.
Все системы станции соединены между собой трубопроводами 53…77. Станция работает следующим образом. Очищаемую воду под давлением 0,3-0,6 мПа по трубопроводу 53 подают на станцию.
В системе предварительной подготовки воды через эжекционные смесители 8 и 9 по трубопроводам 54 и 55 в воду вводят необходимое количество заранее подготовленных реагентов. Из устройства 1 - сульфат аммония, а из устройства 2 - гипохлорит натрия. Затем воду сливают в бак-накопитель 10, а оттуда насосом 11 по трубопроводу 56 перекачивают в емкость 12, где в воду по трубопроводам 57, 58 и 59 из устройств 3, 4 и 5 дополнительно добавляют подготовленный раствор коагулянта, флокулянта и балласта.
Полученный раствор перемешивают мешалкой 13, а затем самотеком по трубопроводу 60 сливают в бак контактно-вихревого осадителя 14.
Наличие в очищаемой воде реагентов и балласта способствует интенсивному осаждению скоагулированных агрегатов инородных примесей на осадительных элементах 15, выполненных в виде вертикальных ламелей, оснащенных боковыми наклонными полками.
Очищенную воду по трубопроводу 61 самотеком сбрасывают на следующую ступень очистки. Для эффективного удаления накопленного шлама и балласта на поверхностях ламелей последние периодически встряхивают и шлам с балластом в виде осадка по трубопроводу 62 сливают в емкость 16. Периодически контактно-вихревой осадитель 14 промывают очищенной водой, подающей по трубопроводу 63 насосом 51. В емкости 16 производят взмучивание осадка мешалкой 17, а затем полученную суспензию насосом 21 подают в гидроциклон 18, где производят разделение шлама и балласта. Балласт через нижнее отверстие гидроциклона 18 сливают в емкость 16, а шлам по трубопроводу 64 сбрасывают в емкость 19, а оттуда насосом 20 по трубопроводу 65 направляют в систему обработки фильтрата. После многократной очистки суспензии гидроциклоном 18 в емкости 16 остается очищенная вода и балласт. После этого из емкости 16 насосом 22 по трубопроводу очищенную воду вместе с балластом по трубопроводу 66 подают в емкость 12 для повторного использования балласта в системе окончательной подготовки воды.
В системе намывных ламельных фильтров вода проходит вторую стадию очистки. Слитая самотеком по трубопроводу 61 в емкость 23 вода проходит через стенки пакетов перфорированных каркасов 24, на которых сформирован намывной слой из фильтровальной суспензии. Очищенная в намывных ламельных фильтрах вода по отводящему патрубку 25 сливается в емкость 30, а оттуда насосом по трубопроводу 67 - в систему обеззараживания воды.
Для смены намывного слоя с перфорированных каркасов 24 приостанавливают подачу очищаемой воды в емкость 23 и всю воду из емкости 23 по трубопроводу 68 сливают в бак 29. В тот же момент производят смыв намывного слоя путем подачи под давлением очищенной воды по трубопроводу 69 через штанги 28 в сопла 26, которые, качаясь на штангах, осуществляют возвратно-поступательное движение и смывают с поверхности перфорированных каркасов 24 загрязненный шламом использованный намывной слой. Удаленную фильтровальную суспензию совместно со шламом по трубопроводу 69 сливают в бак 29, а оттуда насосом 35 по трубопроводу 70 нагнетают в гидроциклон 31, где происходит разделение фильтровальной суспензии и шлама. Фильтровальную суспензию через нижнее отверстие гидроциклона 31 сбрасывают в емкость 33 для повторного использования, а шлам по трубопроводу 71 направляют в систему обработки фильтрата. Для ускорения процесса смены фильтровального слоя дополнительно включается насос 34, который откачивает воду из емкости 23 и насосом 34 по трубопроводу направляет ее в гидроциклон 32. Фильтровальную суспензию через нижнее отверстие гидроциклона 32 сбрасывают в емкость 33 для повторного использования, а шлам по трубопроводу 71 направляют в систему обработки фильтрата.
После удаления из емкости 23 воды, суспензии и шлама емкость 23 по трубопроводу 72 заполняют очищенной водой. Затем в емкость 33 добавляют необходимое количество новой фильтровальной суспензии, так как в процессе регенерации в гидроциклоне 31 часть фильтровальной суспензии вместе со шламом была отправлена в систему обработки фильтрата. Подготовленную в емкости 33 фильтровальную суспензию по трубопроводу 73 самотеком сбрасывают в емкость 23, где производят формирование намывного слоя на поверхностях перфорированных каркасов 24. Вода проходит через перфорированные каркасы 24, сливается в емкость 30, а оттуда насосом по трубопроводу 74 нагнетается в емкость 33 для повторного использования в процессе намывки. Процесс намывки осуществляют до полного формирования намывного слоя на поверхностях перфорированных каркасов 24. После этого возобновляют подачу воды из контактно-вихревого осадителя для дальнейшей очистки.
Очищенную в системе намывного ламельного фильтра воду по трубопроводу 67 сбрасывают в систему обеззараживания воды, где подвергают ультрафиолетовой обработке, кроме того, через эжекционное устройство 49 в воду вводят раствор гипохлорита натрия. Затем воду сливают в накопительную емкость 50 и оттуда насосами 52 отправляют потребителю.
Удаленный из воды с помощью гидроциклонов 31 и 32 в системе Е шлам по трубопроводу 71 направляют в систему обработки фильтрата, предварительно смешивая воду с содовым раствором, коагулянтом и флокулянтом в эжекционных смесителях 40, 41 и 42. После этого полученную суспензию сливают в бак контактно-вихревого осадителя 37. Очищенную воду из бака контактно-вихревого осадителя 37 самотеком направляют в емкость 39, а оттуда насосом 43 по трубопроводу 75 в бак 12 системы окончательной подготовки воды. Шламовый осадок из бака контактно-вихревого осадителя 37 сливают в емкость 44, где отстаивают. Осветленную воду из бака 44 насосом 48 по трубопроводу 76 возвращают в бак контактно-вихревого осадителя 37. Осадок сливают в сгуститель 45 (например, детандер), а удаленную из шлама воду насосом 47 по трубопроводу 77 возвращают в бак контактно-вихревой осадителя 37.
Таким образом, вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении предназначено для очистки воды и может быть использовано для водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий;
- для заявленного способа и устройства в том виде, как они охарактеризованы в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемых заявителем поставленных технических задач: снижение удельных капитальных вложений, трудоемкости и энергозатрат очистки единицы объема воды в результате повторного использования реагентов (балласта) и фильтровальных материалов.