УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Полезная модель относится к области очистки природных, например, подземных вод или вод из поверхностных источников, от различных примесей с последующим использованием в качестве питьевой воды и может быть использована также для очистки сточных вод.
Необходимость очистки воды от загрязнений возникает в том случае, когда качество воды из природных источников не удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения». Несоответствие качества воды источника требованиям потребителя определяет выбор фильтров для очистки воды. Наиболее общими характерными признаками загрязняющих воду веществ являются формы нахождения их в воде: взвеси, коллоидные частицы и растворенные вещества в виде ионов и молекул. От этого зависит выбор фильтров очистки воды, которые обеспечивают получение качественной воды при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах. При сложном загрязнении воды применяют последовательно несколько различных фильтров очистки воды.
Предшествующий уровень техники.
В настоящее время наиболее эффективными устройствами очистки воды являются электрохимические. Спектр улучшаемых электрохимическими устройствами показателей воды наиболее широк. В качестве электрохимических устройств наиболее часто используют электрофлотокоагуляторы с растворимыми алюминиевыми электродами, которые хорошо очищают воду от взвеси и коллоидных частиц и некоторых растворенных веществ. Электрохимические устройства очистки воды хорошо дополняются сорбционными фильтрами, которые улавливают из очищаемой воды некоторые растворенные вещества, коллоидные частицы и
обеспечивают более глубокую очистку воды. Последовательное использование электрохимических устройств и сорбционных фильтров наиболее часто применяется для очистки вод с высоким содержанием примесей, например, сточных вод.
Известна установка для реализации способа очистки нефтесодержащих вод, включающая последовательную установку вакуумного электрокоагулятора и сорбционного фильтра. В качестве сорбента в сорбционном фильтре использовано полиакриламидное волокно. Пропущенную воду через сорбционный фильтр дополнительно озонируют (RU №2120411С1, МПК С02F 1\40, 1/46).
Недостатком этой установки является сложность его реализации из-за необходимости проведения процесса электрокоагуляции нефтесодержащих вод под вакуумом. Кроме того, операция озонирования очищенной воды после сорбционной очистки является малоэффективным приемом, но затраты на ее проведение существенны, что приводит к удорожанию очистки воды. Использование в качестве сорбента полиакриламидного волокна, не всегда эффективно для очистки природных вод и сложно для его регенерации. Другим недостатком является быстрое «заиливание» осадком верхнего слоя сорбента.
Известна установка для реализации способа очистки сточных вод, включающая последовательную установку электрофлотатора и сорбционного фильтра. В качестве сорбента в сорбционном фильтре используют природный цеолит (RU №2134659 С1, МПК С02F 1/465, 1/28).
Недостатком этой установки является ее ограниченное использование только для очистки сточных вод от водорастворимого белка. Поэтому настоящая установка не эффективна для очистки природных вод. Другим недостатком является быстрое «заиливание» осадком верхнего слоя природного цеолита.
В качестве прототипа выбрана установка для реализации способа очистки сточных вод от синтетических поверхностно-активных веществ, включающая последовательную установку электрофлотокоагулятора, с растворимыми алюминиевыми электродами, и сорбционного фильтра. В сорбционном фильтре в качестве сорбента применяется шунгит (RU №2060959 С1, МПК С02F 1/463).
Недостатком этой установки является ее низкая производительность при очистке сточной воды, вследствие длительного времени ее обработки в электрофлотокоагуляторе, а также при отстаивании. Шунгит, применяемый в качестве сорбента, не улавливает из очищаемой воды некоторые примеси, например, кремниевую кислоту, соли жесткости, некоторые металлы и т.п. Другим недостатком является быстрое «заиливание» осадком верхнего слоя сорбента, в результате чего снижается эффективность работы сорбционного фильтра и сокращается срок его эксплуатации.
Сущность полезной модели.
Электрохимические устройства и сорбционные фильтры очистки воды дополняют друг друга. Электрохимическое устройство (электрофлотокоагулятор) обычно используют первым, оно хорошо улавливает взвеси и коллоидные частицы, причем они могут быть высокой концентрации. Сорбционный фильтр очистки воды улавливает растворенные вещества и коллоидные частицы, но их высокую концентрацию ему уловить сложно. Для этого необходимо большое количество сорбента или частая регенерация фильтра. Сорбционные фильтры, как правило, используют после электрохимических устройств (электрофлотокоагуляторов), когда они выполняют «тонкую» доочистку воды.
Электрохимические устройства очистки воды часто отрицательно влияют на работу сорбционных фильтров, что связано с переносом большого количества отложений в виде коагулированных частиц примесей на поверхность сорбционных фильтров. Они «заиливают» поверхность
сорбционных фильтров. Из-за этого резко увеличивается их гидравлическое сопротивление. Сорбционные фильтры отключают и регенерируют.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемая установка для очистки природных вод является эффективная очистка природных вод с минимальными затратами от нескольких видов загрязнений до требований, предъявляемым к воде для хозяйственно-питьевого назначения.
Поставленная техническая задача решается тем, что установка для очистки сточных вод, включает последовательное соединение электрофлотокоагулятора с растворимыми алюминиевыми электродами и сорбционного фильтра, новым, согласно предложенной полезной модели, является выполнение сорбционного фильтра из слоя песка и слоя природного цеолита при следующем соотношении высоты каждого из этих слоев к общей высоте слоя фильтрующей загрузки, %:
высота слоя песка
15-20
высота слоя природного цеолита
80-85.
На чертеже изображена принципиальная схема установки для очистки природных вод.
Установка содержит последовательно расположенные электрофлотокоагулятор 1 и сорбционный фильтр 2, которые соединены между собой посредством соединительного трубопровода 3. В электрофлотокоагуляторе 1 электроды 4 выполнены из алюминия, а в сорбционном фильтре 2 в качестве фильтрующей загрузки использованы слой песка 5 (верхний слой) и слой природного цеолита 6 (нижний слой). К электрофлотокоагулятору 1 подведен подающий трубопровод 7, а к сорбционному фильтру 2 - сливной трубопровод 8.
Установка для очистки природных вод работает следующим образом.
Очищаемую воду по трубопроводу 7 подают в электрофлотокоагулятор 1, где под воздействием постоянного
электрического тока происходит растворение алюминиевых электродов 4 (анодов) с образованием гидроксида алюминия и пузырьков газа на катоде. Гидроксид алюминия выполняет роль активного коагулянта и сорбента, который адсорбирует на своей поверхности взвеси, скоагулированные коллоидные частицы, а также ионы и молекулы растворенных веществ, образуя тем самым хлопья различного размера. Крупные хлопья стремятся выпасть в осадок. Пузырьки газа выполняют роль флотирующего газа, то есть выносят из глубины очищаемой воды тонкодисперсионные взвеси, образуя слой пены. После электрофлотокуоагуляции очищаемая вода смешивается с флотокуагулянтом, что способствует быстрому завершению процесса коагуляции (мелкие хлопья соединяются друг с другом, увеличиваются в размерах) и выпадению осадка.
Далее очищаемую воду по трубопроводу 3 вместе со шламом (хлопья пены и осадка) подают в сорбционный фильтр 3, где в качестве фильтрующей загрузки использованы слой песка 5 и слой природного цеолита 6. Слой песка 5 служит механическим фильтром, который на своей поверхности задерживает шлам, образуя тем самым дополнительный фильтрующий слой (не показан). Этот фильтрующий слой, обладая высокой адсорбционной активностью, улавливает скоагулированные коллоидные частицы, а также взаимодействует с ионами и молекулами растворенных веществ, Затем очищаемая вода проходит через слой природного цеолита 6, который улавливает из нее загрязняющие вещества, не уловленные электрофлотокоагулянтом, и происходит доочистка воды от загрязняющих веществ, оставшихся после очистки электрофлотокоагулянтом. После такой комбинированной очистки природная вода уже соответствует нормам хозяйственно-питьевого назначения. Очищенную воду из сорбционного фильтра 3 подают по трубопроводу 8 к потребителю (не показан).
Заявляемая установка позволяет проводить с минимальными затратами высококачественную промышленную очистку природных вод от различных видов загрязнений, в том числе и высокой концентрацией. После очистки
вода соответствует нормам, предъявляемым к воде для хозяйственно-питьевого назначения, и может быть использована в быту и промышленности. Последовательное применение электрохимического устройства (электрофлотокоагулятора) и сорбционного фильтра позволяет повысить эффективность работы сорбционного фильтра и удлиняет срок его эксплуатации. Настоящая установка позволяет также производить очистку сточных вод, имеющих различные загрязнения высокой коагуляции.