УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
DRINKING WATER PREPARATION UNIT

Изобретение относится к экологии и охране здоровья человека и может быть использовано для подготовки питьевой воды в полевых условиях, в зонах чрезвычайных ситуаций, в местах отсутствия электроэнергии, из любых природных источников, скважин, колодцев, содержащих природные и техногенные загрязнения, а также в бытовых и коммунальных условиях при доочистке воды из водопровода.
Известно много различных фильтров, установок и целые системы подготовки питьевой воды.
Известна установка (фильтр) для подготовки питьевой воды по свидетельству РФ на полезную модель №29672, B01D 24/00, 2002, содержащая корпус, выполненный в виде вертикально ориентированной цилиндрической емкости, имеющей подающий и отводящий патрубки, дренажную систему с верхними и нижними дренажами, размещенную в корпусе сыпучую загрузку в виде расположенных последовательно в корпусе фильтровальных секций, содержащих катеонит, анионит и материал природного происхождения, например кварцевый песок или антрацит, а также полимерный материал в виде гранул, выбранный из ряда: гранулированные полиэтилен и полипропилен, кроме того, содержит низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами.
Однако такой фильтр имеет ограниченный ресурс работы, т.к. в нем отсутствует надежная защита от мелкодисперсной взвеси, что приводит к быстрому засорению и забивке волокнистых материалов фильтрующей загрузки.
В качестве прототипа принята установка для подготовки питьевой воды по патенту РФ №2297389, C02F 1/28, B01D 24/00, опубл. 2007 г. Установка содержит корпус, выполненный в виде вертикально ориентированной цилиндрической неразборной емкости, имеющей дренажную систему с верхним и нижним дренажами, три камеры: нижнюю - осаждения, среднюю - обеззараживания и верхнюю - финишной очистки с нижней, средней и верхней перегородками, имеющими отверстия для прохода воды, которые расположены в нижней и верхней перегородках - с одной их стороны, а в средней - с другой, формируя поток воды от одной стенки емкости к противоположной.
Камеры заполнены различными фильтрующими загрузками: нижняя - антрацит и катализатор пиролюзит, кварцевый песок, нетканый углеродный материал, средняя - йодосодержащая смола, активированный уголь, ионообменный и катионообменый волокнистый материал, верхняя - активированный уголь, активированный уголь с серебром. Слои отделены друг от друга сетками из полипропилена, у основания емкости нижней перегородкой отделена распределительная камера, а на выходе из емкости установлен полипропиленовый микрофильтр.
Подача исходной воды на фильтрование идет снизу вверх, а подача воды на регенерацию фильтрующей загрузки - сверху вниз (противотоком).
Несмотря на высокую эффективность очистки и обеззараживания воды, установка имеет недостаточные ресурс и производительность. Это связано, в основном, с забивкой фильтрующего материала нижней камеры. Фильтрующая загрузка является сложной комбинацией, состоящей из материалов с различными физико-химическими, механическими свойствами. Для проведения ее регенерации требуются более сложные приемы восстановления, чем промывка водой, с использованием, как правило, химических реагентов. Поэтому использование только промывки водой всей загрузки фильтра не дает необходимого результата. Более того, при работе фильтра (фильтрование - регенерация) водой мельчайшие частицы гоняются «туда-сюда» и забиваются вглубь микропористых фильтровальных материалов, забивая их и останавливая фильтрование. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решается задача повышения ресурса и производительности установки.
Технический результат - повышение качества промывки фильтрующей загрузки нижней камеры и более полное включение фильтрующих загрузок в технологический процесс фильтрования за счет исключения застойных зон в них.
Этот технический результат достигается тем, что в установке для подготовки питьевой воды, содержащей вертикально ориентированную емкость с подающим и отводящим патрубками, горизонтально последовательно расположенными фильтровальными секциями, включающими слои антрацита и катализатора, кварцевого песка, йодосодержащей смолы и активированного угля, активированного угля, активированного угля с серебром, а также углеродного волокна, катионо- и анионообменных волокнистых полимерных материалов, слои отделены друг от друга сетками и образуют нижнюю камеру - осаждения, среднюю - обеззараживания и верхнюю - финишной очистки с нижней, средней и верхней перегородками, имеющими отверстия для прохода воды, распределительную камеру у основания емкости, на выходе из емкости установлен микрофильтр, углеродные волокна, катионо- и анионообменные волокнистые полимерные материалы объединены в сорбционно-ионообменный пакет, установленный на выходе из камеры осаждения, отверстия для прохода воды выполнены в нижней и верхней перегородках по их периферии, а в средней - в ее центральной части, а в камере осаждения над слоем кварцевого песка установлен разбрызгиватель; объемное соотношение слоев в сорбционно-ионообменном пакете: углеродное, катионо- и анионообменное волокно составляет 2:1:2; разбрызгиватель выполнен из подводящей, центральной и лучевых трубок с нижним расположением щелей, размер которых увеличивается от центра к периферии луча.
Волокнистый катионо- и ионообменный материал выносится из камеры обеззараживания и объединяется с волокнистым углеродным материалом в один сорбционно-ионообменный пакет, который устанавливается в нижней камере осаждения перед входом в камеру обеззараживания. Это позволяет защитить обеззараживающую загрузку и повысить эффективность ее работы за счет исключения взаимодействия и выноса йода с загрязнителями. Предлагаемое расположение отверстий в нижней, средней и верхней перегородках изменяет ход потока воды при фильтровании, уменьшает вероятность появления застойных зон в фильтре, повышая эффективность обработки воды, производительность и ресурс установки.
В предлагаемой установке регенерируется (промывается) не вся фильтрующая загрузка, а только зернистая засыпная загрузка нижней камеры осаждения: антрацит, пиролюзит, кварцевый песок. Конструкция и расположение разбрызгивателя выбраны таким образом, что поток воды при регенерации направлен непосредственно на объект промывки, не касаясь поверхности сорбционно-ионообменного пакета, предохраняя его от забивки и разрушения, кроме того, нерабочая поверхность разбрызгивателя является опорой для пакета. Тем самым достигается повышение надежности конструкции и работы установки.
Объемное соотношение слоев в сорбционно-ионообменном пакете выбрано экспериментально и является оптимальным.
Предлагаемая установка для подготовки питьевой воды приведена на чертежах.
На фиг.1 - общий вид установки (продольный разрез);
на фиг.2 - схема размещения отверстий на перегородках;
на фиг.3 - общий вид разбрызгивателя снизу;
на фиг.4 - график, характеризующий эффективность промывки фильтра с использованием разбрызгивателя.
Установка для подготовки питьевой воды содержит корпус в виде вертикально ориентированной емкости 1 с подающим 2 и отводящим 3 патрубками, горизонтально последовательно расположенные фильтровальные секции. Секции состоят из материалов природного происхождения, а также инертных полимерных материалов и образуют камеры: нижнюю камеру осаждения 4, среднюю камеру обеззараживания 5 и верхнюю камеру финишной очистки 6. Камера осаждения 4 состоит из трех секций, разделенных полипропиленовыми сетками 7: первая секция 8 - с каталитической загрузкой - антрацит с катализатором - пиролюзитом, вторая секция 9 - кварцевый песок, третья секция 10 - сорбционно-ионообменный пакет из нетканого углеродного волокна (нижний слой), катионообменного волокна (средний слой), анионообменного волокна (верхний слой) при объемном соотношении слоев 2:1:2, так же разделенные полипропиленовой сеткой.
Камера обеззараживания 5 заполнена слоем 11 йодосодержащей смолы с катализатором - активированным углем.
Камера финишной очистки 6 состоит из трех секций, разделенных полипропиленовой сеткой: снизу - слой 12 активированного угля, затем слой 13 активированного угля с серебром, над слоем 13 установлен полипропиленовый микрофильтр 14. По высоте в объеме емкости размещены нижняя - у дна емкости с образованием под ней распределительной камеры, средняя и верхняя перегородки 15 - для увеличения продолжительности контакта воды с очищающими веществами.
В перегородках 15 выполнены отверстия 16 для прохода воды, формирующие поток.
Отверстия 16 расположены в нижней и верхней перегородках по их периферии, а в средней - в ее центральной части.
В камере осаждения 4 над слоем кварцевого песка установлен коллекторно-лучевой разбрызгиватель 17 (душ) - фиг.3, выполненный из подводящей 18, центральной 19 и лучевых трубок 20 с нижним расположением щелей, размер которых увеличивается от центра к периферии лучевых трубок.
Установка для подготовки питьевой воды работает следующим образом.
Вода на очистку подается снизу вверх, а при регенерации камеры осаждения 4 сверху вниз противотоком. Вода поступает из подающего патрубка 2, встроенного в центр дна емкости 1. Через нижнюю перегородку 15 поток воды из распределительной камеры поступает в камеру осаждения 4 через отверстия 16 нижней перегородки 15, равномерно распределяясь по фильтрующей загрузке. Здесь вода очищается от мелкодисперсной взвеси и растворенных загрязнителей. Из камеры 4 вода поступает в камеру обеззараживания 5 через отверстия 16, сконцентрированные в центре средней перегородки. Она поступает в центральные слои йодосодержащего слоя и, стремясь к отверстиям 16, расположенным по периметру верхней перегородки, заполняет все зоны этого слоя. Затем вода поступает в камеру 6, заполняя ее от периферии к центру, проходит слои активированного угля и активированного угля с серебром, окончательно очищаясь. Очищенная и обеззараженная вода поступает к потребителю через отводящий патрубок 3.
Вода соответствует нормам СанПин «Вода питьевая».
Результаты испытаний приведены в таблицах 1, 2.
Из таблиц 1, 2 видно повышение эффективности обработки воды в предлагаемой установке.
На графике (фиг.4) приведена кривая промывки фильтрующей загрузки с использованием разбрызгивателя (1) и без него (2) в координатах: мутность промывной воды - число обменов воды. Кривая имеет значительно больший угол наклона к оси абсцисс при использовании разбрызгивателя. Такой характер кривой при промывке указывает на более эффективное удаление загрязнений, адгезированных на зернах фильтрующей загрузки, по сравнению с промывкой без использования разбрызгивателя. Удельный расход воды с использованием разбрызгивателя снижается. При этом достигается большая глубина отмывки загрузки. При одном и том же качестве исходной воды фильтроцикл увеличился в 2 раза по сравнению с прототипом. Это указывает на то, что промывка загрузки с использованием разбрызгивателя идет более тщательно. Вода покрывает полностью площадь фильтрующей поверхности и тем самым достигается эффективная промывка фильтрующей загрузки, что, в свою очередь, положительно влияет на ее ресурс (увеличение в 2,5 раза), скорость фильтрования и степень очистки воды, улучшая характеристики установки. После регенерации с использованием разбрызгивателя величина напора воды полностью восстанавливается.
Таблица 1
Условия эксперимента:
Минерализация воды
200-250 мг/л
Температура воды
18°С
Скорость фильтрования
60 л/ч
Наименование показателя
По предлагаемому решению
По прототипу
вода после очистки мг/л
эффективность очистки %
вода после очистки мг/л
эффективность очистки %
рН
7.05
7.20
сухой остаток
210
86
308
77.4
окисляемость (перм.)
5.8
81
4.79
79.1
железо (общ.)
0.05
99
0.11
95.6
хлориды
44.5
90
64.6
85.0
сульфаты
79.1
87
110.2
84.3
нитраты
9.7
85
14.1
83.3
Таблица 2
Наименование показателя
Единицы измерения
Исходная вода
Очищенная вода
по предлагаемому решению
по прототипу
общие колиморфные бактерии
число бактерий в 100 мл
50
отсутствие
отсутствие
общее микробное число
число КОЕ в 1 мл
5000
отсутствие
20
колифаги
число БОЕ в 100 мл
80
отсутствие
отсутствие
споры сульфитредуцирующих клостридий
число спор в 20 мл
50
отсутствие
отсутствие