Установка для очистки подземных вод
GROUNDWATER TREATMENT PLANT

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано в системах предварительной очистки природных вод подземных водоисточников преимущественно от железа и марганца, соединений, обуславливающих цветность и пр., в частности для целей хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения.
Химический состав подземных вод весьма разнообразен, что для обработки исходных вод различного качественного состава обуславливает необходимость их предварительной очистки от различных видов примесей - растворенного, коллоидного и органического железа, марганца, сероводорода, углекислого газа и прочих.
Известна установка для очистки подземных вод от железа, содержащая корпус с фильтрующей загрузкой, патрубок для подачи очищаемой воды, смеситель очищаемой воды и воздуха в виде соединенных один с другим и расположенных по вертикали цилиндров с последовательно сверху вниз увеличивающимися диаметрами, расположенный по оси корпуса, установленный под смесителем отбойник, выполненный в виде установленных на штоке с возможностью вращения горизонтально и вертикально расположенных решеток, и патрубки для отвода воды и воздуха /Авторское свидетельство СССР №1810309, C02F 1/64, 1993 г./.
Недостатками известной установки являются снижение в процессе эксплуатации степени очистки исходной воды от железа и сложность эксплуатации установки из-за наличия внутри фильтра движущегося элемента конструкции, поскольку постепенная кольматация окисленным железом или любое нарушение центровки штока приводят к уменьшению зазора между вертикальной решеткой и стенкой корпуса и к смещению вертикальной решетки в горизонтальной плоскости, ее заклиниванию и соответственно нарушению массообмена между водой и воздухом.
Известна установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы подачи исходной воды на очистку, подачи промывной воды, отвода очищенной воды и отвода промывной воды, устройство для аэрации, контактный фильтр закрытого типа с частично затопленной плавающей зернистой загрузкой, узлом газоотвода, содержащим устройство регулирования газоотвода, выполненное в виде регулирующего клапана, вентиля, крана или задвижки, и устройство для задержания плавающей загрузки, выполненное в виде сетки или щелевого колпачка, и нижним распределительным устройством, осветлительный фильтр открытого или закрытого типа с зернистой загрузкой с удельным весом больше удельного веса очищаемой воды и нижним распределительным устройством и перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами, расположенное между их нижними распределительными устройствами, при этом контактный фильтр расположен внутри осветлительного фильтра /Патент РФ на полезную модель №29927 (Фиг. 3, 5), C02F 1/64, 2003 г./.
2
Недостатками установки являются снижение в процессе эксплуатации эффективности дегазации и степени очистки воды от железа, поскольку зерна плавающей загрузки производят давление на верхние системы порядка 600-900 кг/м, это приводит к тому, что зерна загрузки плотно облепляют узел газоотвода, элементы которого постепенно обрастают, что приводит к невозможности работы узла газоотвода. При полной кольматации узла газоотвода вода и воздух поступают в контактный фильтр с плавающей загрузкой. Насыщение воды воздухом в замкнутом пространстве установки, из-за невозможности удаления углекислого газа и сереводорода, существенно затрудняет процесс окисления. Учитывая, что растворимость в воде углекислого газа больше, чем у кислорода, создается восстановительная среда, которая обуславливает содержание в воде растворенных форм железа, марганца и их органокомплексов. При работе установки в условиях перекрытого узла газоотделения происходит также завоздушивание загрузки - воздух вытесняет воду из контактного фильтра. Постоянно поступающие исходные вода с воздухом, свободно проходят сквозь контактный фильтр и через перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами попадют в нижнее распределительное устройство осветлительного фильтра. Осветлительный фильтр работает по принципу контактного осветлителя снизу вверх и только с водой и строго определенными скоростями. Воздух, попадая в загрузку осветлительного фильтра, провоцирует вынос всех загрязнений из толщи загрузки, т.е. приводит к полной остановке работы сооружений.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является установка для обезжелезивания воды, содержащая корпус, трубопроводы для подачи исходной и промывной воды и для отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, которое 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, частично затопленную плавающую фильтрующую загрузку с размещенным в ней узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана, а также верхнее и нижнее распределительные устройства /Патент РФ №2370455, C02F 1/64, 2009 г./.
Недостатками известной установки являются низкая эффективность дегазации и недостаточная степень очистки воды от железа и других примесей. Интенсивное перемешивание воды и воздуха внутри трубы, а также выпуск водо-воздушной смеси через верхнюю распределительную систему способствуют получению водо-воздушной эмульсии, из которой отделение воздуха от воды происходит достаточно медленно. Учитывая скорости прохождения воды через загрузку, мелко диспергированные пузырьки воздуха не успевают отделиться от воды и проникают в толщу загрузки, тем самым завоздушивая ее. Это в свою очередь приводит к снижению степени очистки воды и выносу загрязнений из толщи загрузки. Размещение узла газоотвода, состоящего из трубы с сетчатым фильтром в нижней части слоя крупногранульной загрузки, приведет к обрастанию сетчатого фильтра и к невозможности дальнейшей работы установки.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании предложенного изобретения, заключается в создании установки для очистки подземных вод, обеспечивающей интенсификацию процессов аэрации-дегазации и задержания взвешенных веществ и окисленного железа на зернах загрузки.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении степени очистки воды от железа и взвешенных веществ при одновременном сокращении времени очистки, т.е. повышении производительности установки.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что установка для очистки подземных вод, содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный горизонтальной решеткой на зону аэрации, расположенную в верхней части, и зону фильтрования - в нижней и снабженный цилиндрической камерой смешения, расположенной соосно корпусу, зона аэрации соединена с трубопроводом подачи исходной воды на очистку, который через эжектор соединен с трубопроводом подачи водо-воздушной смеси, на конце которого расположена насадка, выполненная с возможностью тангенциальной подачи водо-воздушной смеси в камеру смешения, и с трубопроводом подачи воды на промывку, и снабжена узлом газоотвода, содержащим сбросной клапан и газоотводящую трубу, выполненную с возможностью изменения ее длины внутри зоны аэрации, а зона фильтрования содержит плавающую загрузку с размером зерен 3-5 мм и сборную систему, соединенную с трубопроводами отвода очищенной и промывной воды.
Изобретение поясняется чертежами.
Для большей наглядности соотношение между отдельными элементами установки изменены.
На Фиг. 1 схематически приведена установка для очистки подземных вод; на Фиг. 2 - вид по А-А на горизонтальную разделительную решетку Фиг. 1; на Фиг. 3 - вид по Б-Б на Фиг. 1.
Установка для очистки подземных вод (Фиг. 1) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, разделенный горизонтальной решеткой 2 (Фиг. 2) на зону аэрации 3, расположенную в верхней части, и зону фильтрования 4 - в нижней части корпуса 1. Внутри корпуса 1 соосно ему расположена цилиндрическая камера смешения 5. Трубопровод подачи исходной воды на очистку 6 через эжектор 7 соединен с трубопроводом подачи водо-воздушной смеси 8, опущенным в камеру смешения 5. На конце трубопровода подачи водо-воздушной смеси 8 расположена насадка 9, выполненная с возможностью тангенциальной подачи водо-воздушной смеси в камеру смешения 5. В верхней части зоны аэрации 3 расположен узел газоотвода 10, содержащий сбросной клапан и газоотводящую трубу 11, выполненную с возможностью изменения ее длины внутри зоны аэрации 3. К зоне аэрации 3 корпуса 1 подведен трубопровод подачи воды на промывку 12. В нижней части корпуса 1 зона фильтрования 4 заполнена плавающей загрузкой 13 с размером зерен загрузки от 3-х до 5-ти мм. Под загрузкой 13 расположена сборная система 14, соединенная с трубопроводами отвода очищенной 15 и промывной 16 воды.
Установка работает следующим образом.
Подземную воду по трубопроводу подачи исходной воды на очистку 6 через эжектор 7, в котором происходит подсос воздуха из атмосферы, по трубопроводу подачи водо-воздушной смеси 8 через насадку 9, выполненную с возможностью тангенциальной подачи, подают в нижнюю часть камеры смешения 5, расположенной соосно корпусу 1. За счет наличия насадки 9, установленной на конце трубопровода подачи водо-воздушной смеси 8 и выполненной с возможностью тангенциальной подачи водо-воздушной смеси в нижнюю часть камеры смешения 5, происходит интенсивная аэрация воды воздухом. Струя водо-воздушной смеси, ударяясь о стенку камеры смешения 5 и закручиваясь за счет тангенциальной подачи, создает эффект, подобный кипению воды, а после подъема в камере смешения 5, благодаря вращательному движению, под действием центробежной силы, происходит веерный выход воды в свободный объем зоны аэрации 3. Вода не просто выходит из камеры смешения 5, а попадает в так называемый воздушный «мешок» - свободный объем зоны аэрации 3, где одновременно с процессом аэрации происходит процесс дегазации растворенных в воде углекислоты, сероводорода и других газов, которые выводятся из зоны аэрации 3 через узел газоотвода 10, содержащий сбросной клапан (вантуз) и газоотводящую трубу 11, выполненную с возможностью изменения ее длины внутри зоны аэрации 3. Изменяя длину газоотводящей трубы 11 регулируют уровень воды над горизонтальной решеткой 2, которая удерживает плавающую загрузку 13 в зоне фильтрования 4, не давая попадать ей в зону аэрации 3. Этим же способом можно изменять время контакта воды с воздухом. Затем аэрированная и освобожденная преимущественно от углекислоты и сероводорода вода из зоны аэрации 3 нисходящим потоком через горизонтальную решетку 2 поступает в зону фильтрования 4 в слой плавающей загрузки 13 с размером зерен 3-5 мм, в которой происходят биологические процессы и образование каталитической пленки на неоднородной поверхности зерен, где вода очищается от взвешенных веществ, железа и других примесей. Уровень воды в корпусе 1 всегда выше горизонтальной решетки 2, что способствует ее равномерному распределению по площади установки. Пройдя через загрузку 13, вода попадает в нижнюю часть установки и через сборную систему 14 по трубопроводу отвода очищенной воды 15 подается на другие сооружения.
По мере загрязнения плавающей загрузки 13 производят ее промывку исходной водой путем подачи по трубопроводу подачи промывной воды 12 через зону аэрации 3 в зону фильтрования 4 сверху вниз с большей интенсивностью, чем при фильтровании. Промывная вода собирается сборной системой 14 и по трубопроводу отвода промывной воды 16 выводится из установки. После окончания промывки цикл аэрации-дегазации и очистки повторяется.
За счет наличия камеры смешения 5, трубопровода подачи водо-воздушной смеси 8 и установленной на его конце насадки 9, выполненной с возможностью тангенциальной подачи в нижнюю часть камеры смешения 5, а также наличия свободного объема в зоне аэрации 3 (воздушного «мешка») в предложенной установке вода максимально насыщается кислородом, происходит более быстрое окисление содержащегося в воде двухвалентного железа в трехвалентное. За счет того, что отвод газов из зоны аэрации 3 происходит через сбросной клапан узла газоотвода 10 полным сечением газоотводящей трубы 11, выполненной с возможностью изменения ее длины внутри зоны аэрации, повышается степень дегазации, удаляются, в частности, углекислота и сероводород, а следовательно повышается рН воды, что также способствует ускорению процесса окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов, которые в дальнейшем задерживаются на зернах плавающей загрузки в зоне фильтрования 4.
Отсутствие движущихся элементов облегчает обслуживание и эксплуатацию установки.
Таким образом, предложенная установка позволяет повысить степень очистки подземных вод от железа, марганца и взвешенных веществ при одновременном сокращении времени очистки. При этом установка может работать в технологических схемах как в напорном, так и в безнапорном исполнении.