УСТАНОВКА РЕАГЕНТНО-КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ

Полезная модель относится к области очистки природных вод от железа, а также для аэрации и очистки от грубодисперсных примесей.
Известна установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы для подачи исходной и промывной воды и для отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, частично затопленную плавающую фильтрующую загрузку с размещенным в ней узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана, верхнее и нижнее распределительные устройства, при этом устройство для аэрации включает камеру смешения воды и воздуха, размещенную в центре корпуса установки и выполненную в виде герметично закрытой сверху и оборудованной снизу конусным шламосборником вертикальной цилиндрической трубы с тангенциальным входным патрубком и установленным внутри нее лопастным завихрителем. Лопастный завихритель выполнен в виде восьмилопастной крыльчатки, жестко прикрепленной своими лопастями, установленными под углом 30° относительно горизонтальной плоскости, к вертикальной цилиндрической трубе в средней ее части. Плавающая фильтрующая загрузка выполнена крупногранульной с каталитическими свойствами и мелкогранульной инертной. Верхнее распределительное устройство выполнено в виде перфорированных, расположенных радиально в горизонтальной плоскости труб, выпускные отверстия которых направлены вверх. Труба узла газоотвода оборудована в нижней части сетчатым фильтром. Содержит трубопровод для отвода шлама. (Патент РФ №2370455, опубл. 20.10.2009).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится необходимость сложного регулирования операционными задвижками перед началом промывки, а также в ее конечной стадии. Промывка крупногранульной плавающей загрузки не обеспечивает эффективность вымывания загрязнений из внутризернового пространства, т.е. происходит увеличение остаточного загрязнения в самой загрузке.
Известно устройство для обезжелезивания воды, содержащее фильтр, установленный внутри трубы, при этом оно снабжено вентилятором и фильтр выполнен в виде фильтрующего барабана, прикрепленного к лопастям вентилятора. (Патент РФ №2201402, опубл. 27.03.2003).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся дополнительные затраты электроэнергии на работу двигателя с вентилятором. Процесс получения обезжелезинной воды протекает с перерывом во времени.
Известна установка обезжелезивания воды, содержащая систему аэрации и контактный фильтр с зернистой загрузкой, при этом она дополнительно содержит фильтр с каталитической загрузкой, систему обеззараживания, установленные на входе механический фильтр и регулятор давления, и воздухоотделитель, при этом напорный контактный фильтр содержит активный относительно ионов железа фильтрующий материал. В качестве активного относительно ионов железа фильтрующего материала контактный фильтр содержит силицированный кальцит. В качестве каталитической загрузки она содержит природные оксиды марганца, суммарный состав которых составляет 8-26 мас. %. Система обеззараживания содержит сорбционные фильтры с нанесенным на поверхность зерен серебром. (Патент РФ №2145576, опубл. 20.02.2000).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность устройства по конструкции и по обслуживанию. При промывке фильтрующих загрузок происходит гидравлическая классификация, что отрицательно сказывается на последующем процессе фильтрования и приводит к увеличению потерь напора в фильтрующем слое.
Известна установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы с запорной арматурой для подачи исходной и отвода чистой воды, водонапорную башню, включающую бак с гидродинамическим кавитатором, размещенным над камерой хлопьеобразования с вертикальной трубой, снабженной наклонными элементами тонкослойного модуля отстойника, и ствол с осадочной частью, диафрагмой и каталитической фильтрующей загрузкой, при этом в осадочной части ствола установлен тонкослойный осадкоуплотнитель с наклонными элементами, расположенными между собой и стволом с зазорами, образуя периферийный впускной и центральный отводящий каналы, а под слоем фильтрующей загрузки расположен колпачковый дренаж с установленным вертикальным стояком, сообщенным с дополнительной диафрагмой и поддонным пространством, соединенным с системой трубопроводов исходной и осветленной воды, последний соединен с обеззараживающими бактерицидными установками, снабженными блоком управления и отводящим трубопроводом обработанной воды, причем в башне установлены переливная труба, воздухоотводы и монтажный люк. (Патент РФ №2134660, опубл. 20.08.1999).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится то, что в процессе промывки при отводе загрязненной воды через коллектор сбора будут создаваться гидравлические сопротивления в отводящих отверстиях и для эффективного удаления загрязненной промывной воды необходимо увеличивать время промывки и объем промывной воды.
Известна установка для обезжелезивания подземных вод, содержащая вертикальный корпус, разделенный горизонтальными перфорированными перегородками на секции, заполненные зернистой фильтрующей загрузкой с образованием воздушных полостей, трубопроводы для подачи исходной воды и отвода фильтрата, систему аэрирования и трубопровод для отвода воздуха и промывной воды, при этом что секции выполнены разъемными и снабжены сетчатыми обечайками, концентрично расположенными на расстоянии одна от другой, не превышающем толщину слоя загрузки, прикрепленными к перфорированным перегородкам и расположенными над загрузкой сборными желобами, соединенными с трубопроводом для отвода воздуха и промывной воды. (Патент РФ №2111176, опубл. 20.05.1998).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность контроля степени загрязнения каждого слоя в процессе работы и установления начала последовательной промывки соответствующих слоев, кроме того, установка максимально открыта для внешней среды, что ухудшает гигиенические нормы использования воды в хозяйственно-питьевых целях при ухудшении экологического состояния окружающего воздуха.
За прототип выбрана установка для очистки воды, включающая корпус с вантузом, фильтрующую загрузку, под которой установлена водораспределительная система, и установленной аксиально стенкам корпуса центральную трубу с затвором, бак для промывной воды, установленный над фильтрующей загрузкой и имеющий трубу, соединенную с водораспределительной системой, и трубы для подвода и отвода воды, при этом с целью упрощения регулирования и повышения качества промывки, она снабжена устройством для ввода химреагентов, резервуаром для чистой воды с водопереливным порогом, труба для подвода воды снабжена соплом и установлена над центральной трубой, бак промывной воды снабжен стояком, нижняя часть которого установлена в резервуаре чистой воды и который снабжен водовоздушной трубой с вентилем, прикрепленной к стояку выше центральной трубы. (Патент РФ №2033841, опубл. 30.04.1995).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится отсутствие аэрации воды и необходимого окислительного процесса в загрузке фильтра, а также невозможность использования разных фильтрующих загрузок по физико-химическим характеристикам ввиду того, что во время промывки загрузки могут смешиваться.
Задача - создание эффективной установки для глубокого обезжелезивания подземных вод для хозяйственно-питьевых целей.
Технический результат - получение очищенной воды с извлеченными ионами железа путем интенсификации процессов аэрации и каталитического окисления органических соединений в исходной воде, снижение эксплуатационных затрат, исключение перемешивания слоев загрузки во время промывки, повышение производительности устройства при высоких концентрациях железа и углекислоты в подземных водах.
Технический результат достигается тем, что установка реагентно-каталитического обезжелезивания воды содержит корпус с вантузом, фильтрующую загрузку, под которой установлена водораспределительная система, бак для промывной воды, трубу для подвода воды, снабженную соплом, трубу для отвода чистой воды, сборник очищенной воды, трубы реверсной подачи воды, дополнительно содержит водозаборную трубу с выходным патрубком, дозатор-окислитель, трубу подвода окислителя, циркуляционную трубу, при этом корпус разделен на три камеры с помощью перегородок под углом 120° относительно оси корпуса, в каждой камере установлены вантуз, труба отвода промывной воды с воронкой и водораспределительная система, труба отвода промывной воды имеет жесткое крепление с перегородками корпуса и соединена со сборником очищенной воды, который имеет возможность крепления с водосбросным клапаном, водораспределительная система выполнена в виде гребенки, имеющей трубы с верхней перфорацией и коллектор; в первой и третьей камерах корпуса расположены поддерживающий слой и фильтрующая загрузка, вторая камера имеет свободное пространство; первая и вторая камеры соединены с помощью промежуточной трубы, расположенной под гребенкой; в верхней части перегородки, разделяющей вторую и третью камеры, расположены проходные отверстия в шахматном порядке, другие перегородки выполнены глухими; в центре верхней части первой камеры расположен отбойник-распылитель в сторону которого направлена выходная часть трубы для подвода воды с соплом; водозаборная труба с выходным патрубком аксиально расположена внутри трубы для подвода воды и имеет крепление к ее внутренним стенкам перемычками, расположенными под углом 120° относительно оси трубы для подвода воды, снабженной соплом Лаваля, соединенного при помощи патрубка с тройником, с одной стороны которого крепится труба подвода окислителя с запорно-регулирующим вентилем, имеющая соединение с дозатором-окислителем, с другой стороны крепится циркуляционная труба с запорно-регулирующим вентилем, имеющая соединение с первой камерой корпуса в нижней ее части; бак промывной воды разделен глухой перегородкой на секции предварительно очищенной воды и чистой воды, каждая из которых снабжена вантузом, при этом секция предварительно очищенной воды соединена при помощи трубы реверсной подачи воды с водораспределительной системой первой камеры корпуса, секция чистой воды соединена при помощи трубы реверсной подачи воды с водораспределительной системой третьей камеры корпуса. Предпочтительно, в качестве фильтрующей загрузки в первой камере корпуса использовать каталитическую загрузку, в третьей камере корпуса использовать природный цеолит. Предпочтительно, перемычки выполнять из кислотостойкого материала.
Существенными отличительными признаками заявленной полезной модели, влияющие на получение технического результата, являются конструктивный выполнения установки.
Интенсификацию процессов аэрации и каталитического окисления органических соединений в исходной воде обеспечивает двухступенчатая аэрация за счет конструктивного выполнения входной части подающей трубы и наличием на ней сопла Лаваля, а также наличие в установке дозатора-окислителя и каталитической загрузки. Снижение эксплуатационных затрат выполняется за счет проведения промывки без эксплуатации дополнительного промывного оборудования, т.е. осуществляется из бака промывной воды с заявленного конструктивного выполнения. Исключение перемешивания слоев загрузки во время промывки обеспечивается конструктивным выполнением корпуса путем разделения его на три камеры, при котором первая и третья камеры заполняются своей фильтрующей загрузкой. Повышение производительности установки при высоких концентрациях железа и углекислоты в подземных водах обеспечивается за счет процесса глубокого обезжелезивания воды и в меньшей степени заиливания фильтрующей загрузки в третьей камере гидроокисью железа, что позволяет увеличить время между периодом полезного фильтрования и промывкой фильтрующих загрузок.
Из проведенного патентного поиска не было выявлено технического решения, которому присуща совокупность существенных признаков заявленного технического решения, что соответствует условию «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид.
На фиг.2 представлена водораспределительная система, разрез Б-Б.
На фиг.3 представлено аксиальное крепление водозаборной трубы с выходным патрубком в диафрагме трубы для подвода воды.
На фиг.4 представлена перегородка корпуса с размещенными вверху проходными отверстиями.
Установка реагентно-каталитического обезжелезивания воды содержит корпус 1 с вантузом 2, фильтрующую загрузку 3, под которой установлена водораспределительная система 4, бак для промывной воды 6, трубу для подвода воды 10, снабженную соплом 9, трубу для отвода чистой воды 7. Корпус 1 разделен на три камеры (I, II, III) с помощью перегородок 22 под углом 120° относительно оси корпуса 1. В каждой камере установлены вантуз 2, труба отвода промывной воды 5 с воронкой 23, водораспределительная система 4. Труба отвода промывной воды 5 имеет жесткое крепление с перегородками 22 корпуса 1 и соединена со сборником очищенной воды 27, который имеет возможность крепления с водосбросным клапаном 16. Водораспределительная система 4 выполнена в виде гребенки 24, имеющей трубы с верхней перфорацией 25 и коллектор 26. В первой и третьей камерах (I и III) корпуса 1 расположены поддерживающий слой 30 и фильтрующая загрузка 3, вторая камера (II) имеет свободное пространство. Первая и вторая (I и II) камеры соединены с помощью промежуточной трубы 28, расположенной под гребенкой 24. В верхней части перегородки 22, разделяющей вторую и третью камеры, расположены проходные отверстия 32 в шахматном порядке, другие перегородки 2 выполнены глухими. В центре верхней части первой камеры (I) расположен отбойник-распылитель 15 в сторону которого направлена выходная часть трубы для подвода воды 10 с соплом 9. Водозаборная труба 11 с выходным патрубком 12 аксиально расположена внутри трубы для подвода воды 10 и имеет крепление к ее внутренним стенкам перемычками 21, расположенными под углом 120°. Труба для подвода воды 10 снабжена соплом Лаваля 17, соединенного при помощи патрубка 18 с тройником 19, с одной стороны которого крепится труба подвода окислителя 13 с запорно-регулирующим вентилем 20, имеющая соединение с дозатором-окислителем 31, с другой стороны крепится циркуляционная труба 14 с запорно-регулирующим вентилем 20, имеющая соединение с первой камерой корпуса 1 в нижней ее части. Бак промывной воды 6 разделен глухой перегородкой 29 на секции предварительно очищенной воды и чистой воды, каждая из которых снабжена вантузом 2. Секция предварительно очищенной воды соединена при помощи трубы реверсной подачи воды 8 с водораспределительной системой 4 первой камеры корпуса 1. Секция чистой воды соединена при помощи трубы реверсной подачи воды 8 с водораспределительной системой 4 третьей камеры корпуса 1. В качестве фильтрующей загрузки 3 в первой камере корпуса 1 используют каталитическую загрузку, в третьей камере корпуса 1 используют природный цеолит. Перемычки 21 выполняют из кислотостойкого материала.
Осуществление заявленной полезной модели в виде установки реагентно-каталитического обезжелезивания воды подтверждается примером конкретного выполнения.
Установка для реагентно-каталитического обезжелезивания воды работает следующим образом. Камеры I и III корпуса 1 заполняются фильтрующими загрузками 3, предпочтительно камера I заполняется каталитической загрузкой, а камера III - природным цеолитом. Исходная вода из скважины под давлением по водозаборной трубе 11 через выходной патрубок 12 поступает в трубу для подвода воды 10 и при этом происходит подсасывание воздуха через отверстия, образованные перемычками 21. Через сопло Лаваля 17 происходит дополнительное насыщение воздухом воды через циркуляционную трубу 14. При этом, запорно-регулирующий вентиль 20, расположенный на циркуляционной трубе 14 открыт. Образованная смесь воды и воздуха по трубе для подвода воды 10 через сопло 9 ударяется в отбойник-распылитель 15, тем самым увеличивается диспергирование смеси в верхней части камеры I, что обеспечивает максимальный контакт молекул воды с воздухом, ускоряя процесс насыщения воды кислородом. Во время такого процесса начинаются окислительные реакции, сопровождающиеся окислением ионов железа и выделением диоксида углерода, при этом избыточный газ выделяется через вантуз 2 камеры I. Происходит заполнение камеры I и трубы отвода промывной воды 5 водой. Когда камера I заполнится водой, процесс диспергирования на отбойнике-распылителе 15 снижается ввиду гидравлических сопротивлений воды, поэтому ускорение процесса гидролиза выполняет циркуляционная труба 14, через которую поступает вода, насыщенная гидроксидом железа и подсасывается через сопло Лаваля 17 в трубу для подвода воды 10. Нейтрализацию кислотно-щелочных составляющих воды осуществляют реагентным методом с помощью подачи окислителя, к примеру, хлора, через дозатор-окислитель 31 по трубе подвода окислителя 13 и запорно-регулирующего вентиля 20 в сопло Лаваля 17. Частично окисленная вода с ионами железа под давлением последовательно поступает в водораспределительную систему 4, проходит через промежуточную трубу 28 в камеру II, заполняя ее. Одновременно, частично очищенная вода по трубе реверсной подачи воды 8 камеры 1 отводится в секцию предварительно очищенной воды бака промывной воды 6, а труба отвода промывной воды 5 камеры II и сама камера заполняются водой. Камера II предназначена для завершения кинетической реакции окисления ионов железа, присутствующих в воде с формированием гидроокиси железа. Из камеры II вода под давлением через проходные отверстия 32, расположенные в верхней части перегородки 22 поступает в камеру III, заполненную фильтрующей загрузкой 3. Окончательное задержание инертной формы гидроокиси железа происходит в камере III, при этом фильтрованная чистая вода через водораспределительную систему 4 направляется по трубе реверсной подачи воды 8 в секцию чистой воды бака промывной воды 6. Чистая вода под давлением из бака промывной воды 6 отводится водопотребителям по трубе для отвода чистой воды 7. По мере загрязнения фильтрующих загрузок увеличивается гидравлическое сопротивление в самих загрузках. По достижению предельных потерь напора или ухудшению качества фильтрата одновременно производят промывку фильтрующих загрузок, находящихся в камерах I и III, и очистку накопившегося шлама в камере II. Промывка осуществляется открытием водосбросного клапана 16. Промывная вода бака 6 по трубам реверсной подачи воды 8 поступает с большой скоростью в водораспределительную систему 4, откуда поступает во все три камеры. При промывке фильтрующие загрузки 3 в камерах I и III переходят в псевдоожиженное состояние. Во время промывки трубы отвода промывной воды 5 всех камер являются внутренним гидравлическим насадком, в результате чего в этих трубах создается разряжение, что обеспечивает увеличение скорости промывного потока, поступающего в трубы реверсной подачи воды 8. Во время промывки для снижения выноса мелких фракций фильтрующих загрузок 3 служит воронка 23. Промывка завершается срывом вакуума в трубах отвода промывной воды 5 всех трех камер и при этом фильтрующие загрузки 3 мгновенно переходят в плотное состояние, тем самым, снижая гидравлическую классификацию самих фильтрующих загрузок 3.
Заявляемая полезная модель в виде установки реагентно-каталитического обезжелезивания воды может быть воспроизведено промышленным способом, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Таким образом, заявленная установка реагентно-каталитического обезжелезивания воды обеспечивает получение очищенной воды с извлеченными ионами железа путем интенсификации процессов аэрации и каталитического окисления органических соединений в исходной воде, снижение эксплуатационных затрат, исключение смещения слоев загрузки во время промывки, повышение производительности устройства при высоких концентрациях железа и углекислоты в подземных водах.