СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER TREATMENT STATION

Изобретение относится к области очистки загрязненных природных вод для питьевого водоснабжения, в частности к передвижным и стационарным водоочистным станциям.
Известна станция очистки воды, содержащая подводящую магистраль, циркуляционный насос, четырехходовой кран, батарею половолоконных ультрафильтров, сорбционный фильтр и стерилизующее устройство (патент РФ №2006490, кл. C02F 9/00, 1994). Регенерация ультрафильтров осуществляется путем перекрытия выхода фильтрата из ультрафильтров и 2-6-кратного реверсирования циркуляционного потока воды через ультрафильтры. При перекрытии выхода фильтрата давление в фильтратной части ультрафильтра устанавливается равным среднему давлению в проточной его части. В результате на входной части длины полых волокон ультрафильтров сохраняется трансмембранный поток в рабочем направлении, а на выходной части длины полых волокон, где давление снижено вследствие их путевого гидравлического сопротивления, образуется обратный трансмембранный поток, способствующий отрыву от внутренних поверхностей волокон накопившихся загрязнений, которые затем выносятся из ультрафильтра транзитным потоком воды. При реверсировании транзитного потока отмывается противоположная часть ультрафильтра.
Недостаток станции - низкая эффективность отмывки ультрафильтров, особенно средней их части, где не обеспечивается обратный трансмембранный поток и, как следствие, короткий межрегенерационный цикл и прогрессирующее снижение производительности станции.
Известен способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления (пат. РФ №2112747, кл. C02F 1/44, 9/00). Мембранная установка содержит насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, линию подвода исходной воды, линию отвода концентрата, линию отвода фильтрата, накопительную емкость фильтрата, промывочный насос для подачи фильтрата в линию отвода фильтрата при регенерации разделительных аппаратов. На стадии фильтрования воды существенно ограничен отвод концентрата (не более 6% от фильтрата) вплоть до его полного перекрытия. Разделительные аппараты работают практически в "тупик", без транзитного потока, непрерывно уносящего из аппаратов хотя бы часть накапливающихся загрязнений. Отсутствие достаточного транзитного потока обусловливает повышенную концентрационную поляризацию (возрастание концентрации загрязнений в слоях очищаемой воды, непосредственно соприкасающихся с разделительной поверхностью мембран). В результате на поверхности мембран быстро нарастает слой загрязнений, качество фильтрации снижается, промывка аппаратов при регенерации затрудняется, что приводит к прогрессирующему снижению производительности установки.
Известна принятая в качестве прототипа станция очистки воды (пат. РФ №2058272, кл. C02F 9/00, 1994), содержащая последовательно соединенные подводящую магистраль, циркуляционный насос, четырехходовой кран, батарею ультрафильтров, имеющую линию отвода концентрата, соединенную с всасывающей линией циркуляционного насоса и линией сброса концентрата, на которой установлен регулирующий клапан, и линию отвода фильтрата, бак, напорный насос, сорбционный фильтр и стерилизующее устройство, причем линия отвода фильтрата соединена через нормально закрытый отсечной клапан с нагнетательным трубопроводом напорного насоса и через параллельно установленные нормально открытый отсечной клапан и регулятор давления - с баком, на нагнетательном трубопроводе напорного насоса перед сорбционным фильтром установлен нормально открытый отсечной клапан, а параллельно с регулирующим клапаном на линии сброса концентрата установлен нормально закрытый отсечной клапан.
Недостатками известного устройства являются необходимость создания сравнительно объемного и энергозатратного циркуляционного потока очищаемой воды для обеспечения продолжительного межрегенерационного периода, а также недостаточная интенсивность регенерации ультрафильтров чисто гидравлическими методами.
В основу изобретения положена задача повышения производительности станции и снижения энергоемкости процесса очистки воды за счет увеличения продолжительности межрегенерационного периода и интенсификации процесса регенерации ультрафильтров.
Поставленная задача достигается тем, что станция очистки воды, содержащая насос подачи исходной воды, батарею половолоконных ультрафильтров, имеющую линию отвода концентрата, на которой параллельно установлены регулирующий кран и нормально закрытый запорный клапан, и линию отвода фильтрата, соединенную через нормально открытый запорный клапан с баком сбора фильтрата, насос подачи фильтрата, нагнетательный трубопровод которого соединен через нормально закрытый запорный клапан с линией отвода фильтрата, сорбционный фильтр, стерилизующее устройство, согласно изобретению оснащена компрессорной установкой, соединенной магистралью подачи сжатого воздуха через нормально закрытые пневмоклапаны и воздухопроводы с патрубками подвода исходной воды ультрафильтров, причем каждый ультрафильтр соединен воздухопроводом с отдельно управляемым пневмоклапаном, а на магистрали подачи сжатого воздуха установлен регулятор давления.
Оснащение станции компрессорной установкой и подводом сжатого воздуха к каждому ультрафильтру через отдельный воздухопровод с отдельно управляемым пневмоклапаном обеспечивает поочередную кратковременную подачу сжатого воздуха к ультрафильтрам в ходе стадии фильтрования. Благодаря периодическому прохождению вдоль полых волокон ультрафильтров водовоздушной смеси, загрязнения, накапливающиеся на внутренней поверхности волокон, отрываются и уносятся транзитным потоком с концентратом, что при небольших затратах сжатого воздуха позволяет существенно продлить межрегенерационный период, поддерживая высокую производительность ультрафильтров. На стадии регенерации ультрафильтров поочередное или одновременное введение сжатого воздуха в транзитный поток в сочетании с обратным потоком фильтрата существенно интенсифицирует отрыв накопившихся загрязнений и их вынос из ультрафильтров увеличенным транзитным потоком.
На чертеже представлена принципиальная схема станции очистки воды.
Станция содержит бак исходной воды 1, насос подачи исходной воды 2, батарею половолоконных ультрафильтров 3, имеющую линию 4 отвода концентрата, на которой параллельно установлены регулирующий кран 5 и нормально закрытый запорный клапан 6, линию 7 отвода фильтрата, соединенную через нормально открытый запорный клапан 8 с баком фильтрата 9, насос подачи фильтрата 10 через нормально закрытый клапан 11 соединен с линией 7 отвода фильтрата, а через нормально открытый клапан 12 с сорбционным фильтром 13 и стерилизующим устройством 14, компрессорная установка 15, регулятор давления 16, магистраль подачи сжатого воздуха 17, нормально закрытые клапаны 18, воздухопроводы 19, присоединенные к патрубкам подвода исходной воды ультрафильтров 3.
Станция работает следующим образом.
Исходную воду из бака 1 насосом 2 подают в батарею половолоконных ультрафильтров 3. Концентрат сбрасывают через линию 4 отвода концентрата с регулирующим. краном 5, обеспечивающим поддержание необходимого давления в ультрафильтрах. Фильтрат по линии 7 отвода фильтрата поступает в бак фильтрата 9, откуда насосом подачи фильтрата 10 направляется через сорбционный фильтр 13 и стерилизующее устройство 14 потребителям. Сжатый воздух от компрессорной установки 15 подают в магистраль 17, снабженную регулятором давления 16, поддерживающим заданное давление «после себя». Поочередно открывая пневмоклапаны 18, порции сжатого воздуха через воздуховоды 19 подают последовательно в каждый из ультрафильтров 3, образуя в патрубках подвода воды к ультрафильтрам водовоздушную смесь, которая, проходя внутри полых волокон, срывает с их стенок отложения накапливающихся загрязнений и выносит транзитным потоком с концентратом.
При движении воды в полых волокнах ультрафильтров скорость транзитного потока по мере отвода фильтрата сквозь стенки волокон снижается и одновременно возрастает концентрация загрязнений, что способствует ускоренному образованию отложений и снижению удельной производительности в первую очередь на участках волокон, ближних к выходному концу. При подаче же в ультрафильтры водовоздушой смеси снижение давления потока из-за гидравлических потерь обусловливает увеличение объема каждого воздушного пузырька по мере его продвижения внутри волокна, вследствие чего скорость транзитного водовоздушного потока не снижается, или даже увеличивается, препятствуя образованию отложений. Основным же результатом применения водовоздушной смеси являются турбулизация потока внутри волокон, способствующая предотвращению образования отложений в волокнах, а также отрыв от стенок уже образовавшихся отложений воздействием границ раздела фаз водовоздушной смеси благодаря энергии, обусловленной поверхностным натяжением, гидрофильностью-гидрофобностью и другими физическими факторами.
Даже кратковременная периодическая подача воздуха поочередно в каждый ультрафильтр позволяет долго поддерживать высокую производительность и существенно увеличивает продолжительность межрегенерационного периода.
После того, как производительность станции в результате накопления загрязнений снизится до допустимого предела, проводится регенерация ультрафильтров. Для этого закрывают запорные клапаны 8 и 12, открывают запорные клапаны 6 и 11, в результате чего насос подачи фильтрата 10 нагнетает в ультрафильтры обратный трансмембранный поток, вымывающий загрязнения из фильтрующих пор волокон и способствующий отрыву загрязнений от стенок волокон. Транзитный поток, увеличенный благодаря открытию клапана 6, выносит накопленные загрязнения через линию отвода концентрата. Сжатый воздух подают в ультрафильтры, поочередно или одновременно открывая пневмоклапаны 18, дополнительно ускоряя транзитный поток в ультрафильтрах и усиливая отрывающее воздействие на загрязнения. Таким образом обеспечивается интенсивная и эффективная регенерация ультрафильтров.