Установка для глубокой очистки подземных вод

Установка для глубокой очистки подземных вод.
Полезная модель относится к устройствам, нредназначенным для глубокой очистки нодземных вод, в частности, для очистки природных вод от железа, марганца и солей жесткости и может быть использована с пелью получения обессоленной воды для приготовления аккумуляторного электролита. Кроме того, полезная модель может быть использована в любых отраслях промьшшенности, где требуется дистиллированная вода.
Наиболее распространены вьшарные дистилляторы, состоящие из испарительной камеры, в которз о встроены электрические ТЭНы, и конденсатора, охлаждаемого исходной водой (Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды / Кульский Л.А. и др. - Киев: Наукова думка, 1980. - Часть 1. - 680с.). Недостатком вьтарного дистиллятора является высокая энергоемкость процесса термического испарения (0,7 кВтчаса на 1л дистиллята) и большой расход охлаждающей воды (7 литров на 1л дистиллята). К тому же промьппленные дистилляторы однократной перегонки не позволяют получить воду требуемого качества. Удельное электрическое сопротивление воды, ро  100140кОм-см, в то время как по ГОСТ 6709-72 ро дистиллированной воды должно быгь не менее 200кОм-см.
Известна установка для глубокой очистки подземных вод, содержащая последовательно соединённые аэратор, механический фильтр, Na-катионитовый фильтр и электродиализный аппарат (Натент RU № 2182890 Способ глубокой очистки подземных вод). Недостатком установки является то, что степень очистки воды в ней ограничена возможностями электродиализатора, так как с уменьшением концентрации соли в электродиализаторе начинает разлагаться вода и резко падает выход по току. Максимальное электрическое сопротивление воды, полученной данным способом, составляет 180  210кОм-см, при этом часть электроэнергии тратится на нагрев воды, а выход по току составляет около 70%. Данный способ выбран за прототип.
Таким образом, задачей полезной модели является разработка более надёжной
установки для получения обессоленной воды, соответствующей требованиям f (ЭСТ 670972 Вода дистиллированная. Технические условия.
Технический результат, достигаемый в полезной модели, заключается в повьппении глубины очистки воды без увеличения энергозатрат.
2003100616
/.IMUHfflnNlininiinlllliiiiiiMiii
9,0 % f-f
МКИ C02F 9/00; 1/28
I
катионитовый фильтр и электродиализный аппарат.
В отличие от прототипа к выходу электродиализного аппарата подключен электроионитный аппарат, рассольный выход которого соединён с баком-аэратором.
В дальнейшем суть предлагаемой полезной модели поясняется описанием блоксхемы установки, изображенной на прилагаемой фигуре, и примером конкретной реализации установки.
Установка состоит из бака-аэратора 1, в который через верхний патрубок поступает исходная вода, а нижний патрубок соединён с входным патрубком насоса 2. Бак-аэратор 1 оснащён поплавковым клапаном, защищающим от переполнения, и датчиком сухого хода, который отключает насос 2 при снижении уровня воды ниже входного патрубка насоса. Входной патрубок насоса 2 соединён также с нижним штуцером солерастворителя 5. Выходной патрубок насоса 2 соединён с верхним штуцером механического фильтра 3, верхним нпуцером Na-катионитового фильтра 4, верхним штуцером солерастворителя 5 и через байпасный трубопровод с баком-аэратором 1. Нижний ппуцер механического фильтра 3 соединён с верхним щтуцером Naкатионнтового фильтра 4. Нижний штуцер Na-катионитового фильтра 4 соединён с входом электродиализатора 6. Электродиализатор 6 имеет два выходных штуцера. Рассольный штуцер соединён сливом в канализацию, а дилюатный - с входным штуцером электроионитного аппарата 7. Электроионитный аппарат 7 имеет также два выходных штуцера. Рассольный штуцер соединён с баком-аэратором 1, а дилюатный - через прибор контроля качества воды 8 с накопительным баком 9. Нереключение технологических операций и регулировка потоков воды осуществляется с цомощью шаровых кранов и клиновых задвижек.
Установка работает следующим образом. Исходная вода поступает в бак-аэратор 1, где насьш ается кислородом воздуха. Ионы Fe, присутствующие в воде в виде растворимого гидрокарбоната, Ре(НСОз)2, окисляются кислородом до Fe и переходят в нерастворимую гидроокись, Ре(ОН)з. Далее вода подается насосом 2 в механический напорный фильтр 3, где освобождается от железа. Направление фильтрации сверху вниз. В верхней части фильтра 3 имеется смотровое оконпсо из оргстекла, через которое можно следить за накоплением осадка гидроокиси железа на верхней границе фильтрующего слоя. При накоплении слоя осадка толщиной 2-4см он смывается при интенсивном взрыхлении фильтрующей загрузки обратным током воды, снизу вверх, в течение  минут. Обезжелезенная вода поступает на Na-катионитовый фильтр 4, заполненный ионообменной смолой КУ-2 в Na -форме. Направление фильтрации сверху вниз. При этрм
вода практически полностью освобождается от солей жесткости. Остаточное содержание кальция 0,,5мг/л, магния менее 0,5мг/л. Регенерация катионита осуществляется 5-7% раствором хлористого натрия, который готовится в солератворителе 5. Раствор нодается насосом в верхнюю часть колонны 4. Направление регенерации сверху вниз. После регенерации катионит промывается обезжелезенной водой и вновь готов к работе. Вода, очищенная от солей жесткости и железа подается в электродиализатор б, где разделяется на два потока: дилюат и рассол. Соотношение потоков дилюата, Q o6ecc. и рассола, . из Патента .№2182890 составляет ():1. Обессоленная в электродиализаторе вода поступает в электроионитный аппарат 7, где также разделяется на два потока: дилюат и рассол. Соотношение потоков дилюата, Q oeecc., и рассола, . определено экспериментально и составляет 2:1. Обессоленная в электроионитном аппарате вода поступает в накопительную емкость 9. Рассол из электродиалмзатора, который представляет собой раствор солей натрия, в основном гидрокарбоната и хлорида и не является токсичным, сбрасьюается в канализацию, а из электроионитного аппарата возвращается в бак-аэратор 1. На выходе дилюата из электроионитного аппарата 7 установлен прибор контроля качества воды 8, который измеряет удельное электрическое сопротивление воды, ро. Электрические параметры электродиализатора и электроионитного аппарата подбираются таким образом, чтобы прибор 8 показывал ро необходимой величины, но не менее 200кОм-см.
Предлагаемая полезная модель электрохимической деминерализации воды является эффективной установкой для получения высококачественной дистиллированной воды с минимальными энергозатратами.
В качестве примера рассмотрим установку для очистки подземной воды с общей жёсткостью 3,1моль/м и содержанием железа (общего) 0,52мг/л производительностью 50л/ч. Диаметры механического и Na-катионитового фильтров 250мм. Высота фильтрующей загрузки 1200мм. Механический фильтр заполнен кварцевым песком с размером частиц 0,7-1,2мм, аNa-катионитовый -ионообменной смолой 1СУ-2 в Na -форме. Электродиализатор (ЭДА) собран из десяти пар мембран МК-40 и МА-40 с прокладками лабиринтного типа. Электроионитный аппарат собран из двух камер обессоливания, заполненных смесью ионитов КУ-2-8чс и АВ-17-8чс в соотнощении 1:1,5, и трёх камер концентрирования.
Исходная вода подавалась в бак-аэратор, где насыщалась кислородом воздуха. Бак-аэратор снабжен автоматикой для ноддержания уровня воды. Далее насосом СШ 2-20 вода подавалась в верхнюю часть механического фильтра, где освобождалась от осадка
гидроокиси железа. Скорость прокачки через механический фильтр 80-100л/ч. Содержание железа после механического фильтра 0,15-0,2мг/л. Периодичность промывки фильтра обратным током воды зависит от содержания железа в исходной воде и составляет примерно один раз в 15-30 дней. Обезжелезенная вода из нижней части механического фильтра подавалась в верхнюю часть Na-катионитового фильтра. Ионы Са  и Mg, определяющие жесткость воды, поглощаются катионитом и из нижней части фильтра выходит умягченная вода. Общая жесткость воды после ионообменного фильтра 0,02моль/м. Регенерация катионита осуществлялась 5-7% раствором хлористого натрия. Периодичность регенерации зависит от жесткости исходной воды. Фильтр снабжен расходомером, чтобы знать количество умягченной воды, и через 5-7м производится регенерация катионита. Обезжелезенная и умягченная вода поступала в электродиализатор. Питание ЭДА осуществляется от источника постоянного электрического тока. Напряжение питания 200-250В. Потребляемый ток 1,5-2А. Расход воды устанавливался таким образом, чтобы через камеры обессоливания прокачивалось 75л/ч, а через камеры концентрирования 20л/ч. Обессоленная в электродиализаторе вода поступала в электроионитный аппарат. Питание ЗИЛ осуществляется от источника постоянного электрического тока. Папряжение питания 40-50В. Потребляемый ток 1,5-2А. Расход воды устанавливался таким образом, чтобы через камеры обессоливания прокачивалось 50л/ч, а через камеры концентрирования 25л/ч. Контроль за качеством дистиллята ведется по прибору, измеряющему удельное электрическое сопротивление воды. Величина тока подбирается таким образом, чтобы ро воды было не менее 200кОм-см. Установка позволяет получать обессоленную воду со значением ро более 500кОм-см.
Данные испытаний установки сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
Как видно из таблицы 1, что предлагаемая установка при меньщей электрической нагрузке на электродиализатор, чем в прототипе, позволяет получать воду с более
высоким удельным электрическим сопротивлеиием, что говорит о глубине очистки воды.
Результаты анализа воды приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2 вода полностью соответствует требованиям ГОСТ 670972 Вода дистиллированная. Технические условия. Потребляемая мощность установки с учетом перекачки воды 1-1,2 кВт-ч, т.е., по сравнению с прототипом, она практически не увеличилась.
Таблица 2.