УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ОТ ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА

Полезная модель относится к области питьевого и производственного водоснабжения и может быть использована для очистки от железа и марганца воды из подземных источников, водопроводной сети и поверхностных источников, а также сточных вод.
Известна установка для очистки воды из подземных источников, содержащая подающий коллектор с запорной арматурой, связанный с фильтром механической очистки воды 100 мкм, который подсоединен со стороны выхода из него к аэратору, подключенному к фильтру обезжелезивания воды, сообщенному с фильтром умягчения воды, который подключен выходом через обеззараживатель воды, выполненный в виде размещенной в трубопроводе ультрафиолетовой лампы, к выходному фильтру механической очистки воды 50 мкм, а последний выходом подключен к выходному коллектору с запорной арматурой. При этом фильтр умягчения воды соединен с баком-солерастворителем, аэратор выполнен в виде баллона, размещенного внутри бака-солерастворителя и соединенного с компрессором, фильтр механической очистки воды 100 мкм и фильтр механической очистки воды 50 мкм соединены между собой байпасным трубопроводом с запорной арматурой, а на трубопроводе, посредством которого фильтр обезжелезивания воды сообщен с фильтром умягчения воды, установлен датчик потока воды для запуска компрессора аэратора во время водоразбора очищаемой воды (патент RU №116486, МПК C02F 1/02, опубл. 2012).
Недостатком описанной установки является низкой эффективность очистки воды от железа и марганца, обусловленная применением в фильтрах обезжелезивания и умягчения воды в качестве фильтрующего элемента засыпной загрузки, сорбционная емкостью которой снижается во время эксплуатации, и использованием напорного аэратора, приводящего к недостаточному удалению растворенных газов из очищаемой воды.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является установка для очистки воды из подземных источников, содержащая смеситель, в верхней части которого установлен конфузор, в камере выполнены отверстия для поступления воздуха из атмосферы, а в нижней части расположена отражательная плита, и соединенные трубопроводами контактный резервуар, насос, эжектор и фильтрующее устройство. При этом вход и выход насоса соединены с эжектором, на трубопроводе, связывающим выход насоса с контактным резервуаром, установлены диспергатор и регулировочная задвижка. В качестве фильтрующего устройства использованы осветлительные фильтры (патент RU №2119892, МПК C02F 1/64, опубл. 1998).
Недостатком описанной установки является низкая эффективность при нестабильности очистки воды вследствие применения в качестве фильтрующего устройства осветлительных фильтров, на поверхности загрузки которых при длительном и непрерывном сроке работы происходит образование и укрепление хлопьев оксигидрата железа с закисью железа, наличие которых значительно снижает возможность очистки воды от марганца и периодический срыв которых проводит к нестабильности очистки.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения эффективности при сохранении стабильности очистки воды от железа и марганца.
Для достижения указанного технического результата в установке для очистки воды из подземных источников от железа и марганца, содержащей смеситель, в верхней части которого установлен конфузор, в камере выполнены отверстия для поступления воздуха из атмосферы, а в нижней части расположена отражательная плита, и соединенные трубопроводами контактный резервуар, насос, эжектор и фильтрующее устройство, контактный резервуар, выполненный с коническим днищем для отвода шлама, связан через последовательно соединенные между собой насос и эжектор с нижней частью фильтрующего устройства, в качестве которого использован мембранный аппарат, выполненный с микро-, ультра- или нано - фильтрационными мембранами в виде волокон, капилляров, трубок или рулона, при этом верхняя часть мембранного аппарата связана трубопроводами с контактным резервуаром и резервуаром очищенной воды, нижняя часть которого связана через насос, последовательно соединенный с устройством подачи реагента, с трубопроводом, соединяющим мембранный аппарат и резервуар очищенной воды.
Повышение эффективности при сохранении стабильности очистки воды от железа и марганца достигается тем, что контактный резервуар, выполненный с коническим днищем для отвода шлама, связан через последовательно соединенные между собой насос и эжектор с нижней частью фильтрующего устройства, в качестве которого использован мембранный аппарат, выполненный с микро-, ультра- или нано - фильтрационными мембранами в виде волокон, капилляров, трубок или рулона, при этом верхняя часть мембранного аппарата связана трубопроводами с контактным резервуаром и резервуаром очищенной воды, нижняя часть которого связана через насос, последовательно соединенный с устройством подачи реагента, с трубопроводом, соединяющим мембранный аппарат и резервуар очищенной воды.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема установки для очистки воды из подземных источников от железа и марганца, общий вид; в таблице 1 отмечены показатели качества исходной воды и воды очищенной с использованием предлагаемой установки, мембранный аппарат которой выполнен в форме фильтрационной мембраны в виде трубок; в таблице 2 отмечены показатели качества исходной воды и воды очищенной с использованием предлагаемой установки, мембранный аппарат которой выполнен в форме фильтрационной мембраны в виде капилляров.
Предлагаемая установка содержит смеситель 1, в верхней части которого установлен конфузор 2 для образования вакуумной зоны, в камере выполнены отверстия 3 для поступления воздуха из атмосферы, а в нижней части расположена отражательная плита 4. Смеситель 1, в зависимости от конкретных условий очистки, может быть укреплен в верхней части контактного резервуара 5 (чертеж) или расположен над ним. Контактный резервуар 5 выполнен с коническим днищем для извлечения из воды примесей в виде шлама и связан последовательно трубопроводом 6 с входом насоса 7, к выходу которого подсоединен эжектор 8. Последний трубопроводом 6 с запорной арматурой связан с нижней частью мембранного аппарата 9, в напорном корпусе которого установлены микро- (с размером пор от 0,1 до 1 мкм), ультра- (с размером пор от 0,005 от 0,1 мкм) или нано- (с размером пор от 0,005 от 0,001 мкм) фильтрационные мембраны в виде волокон, в частности, полых волокон с наружным диаметром менее 0,5 мм, капилляров с наружным диаметром от 0,5 до 5 мм, трубок или рулона. Причем выбор мембраны по размеру пор и типу исполнения осуществляется в зависимости от концентрации железа и марганца в исходной воде, pH исходной воды, а так же требований к очищенной воде. Так, например, для исходной воды с концентрацией железа более 30 мг/л, марганца более 2 мг/л, pH не менее 6 используется ультра-фильтрационная мембрана (с размером пор от 0,005 от 0,1 мкм) изготовленная в виде трубки. Верхняя часть мембранного аппарата 9 связана трубопроводами 10 и 11 с контактным резервуаром 5 и резервуаром очищенной воды 12, нижняя часть которого трубопроводом 13 связана с входом насоса 14, выходом соединенного с устройством подачи реагента 15, необходимого для обратной промывки мембранного аппарата 9. Трубопровод 13 подключен к трубопроводу 11, соединяющему мембранный аппарат 9 и резервуар очищенной воды 12. На трубопроводах 6, 10, 11 и 13 установлены вентили 16 для регулирования движения потока воды.
Установка для очистки воды из подземных источников от железа и марганца работает следующим образом.
2
2
2
2
2
Исходная вода, содержащая растворенные соединения железа и марганца, подается из подземного источника в конфузор 2 смесителя 1, из которого поступает в камеру, где вокруг струи создается кольцевая вакуумная зона. Растворенные в воде сероводород HS и двуокись углерода СO выделяются в виде пузырьков. При движении струи в вакуумной камере происходит подсос воздуха из атмосферы через отверстия 3 и разрушение целостности струи. Происходит насыщение воды кислородом воздуха и выделение СO, создавая благоприятные условия для окисления железа. Из смесителя 1 водовоздушный поток попадает на отражательную плиту 4, при ударе о которую воздух, насыщенный HS и СO, отражается вверх и выводится в атмосферу. Вода поступает в контактный резервуар 5, в котором происходит процесс окисления железа и марганца и образование хлопьев гидроксида железа (III), при этом хлопья гидроксида железа повышают эффект окисления не прореагировавшего во время аэрации железа и марганца, в процессе очистки хлопья укрупняются, осаждаются и накапливаются в коническом днище контактного резервуара 5. Для насыщения кислородом воздуха вода из контактного резервуара 5 подается по трубопроводу 6 насосом 7 в эжектор 8, а затем насыщенная мелкодисперсными пузырьками воздуха вода поступает в нижнюю часть мембранного аппарата 9. Наличие мелкодисперсных пузырьков воздуха создает в межмембранных каналах неустановившийся режим движения воды, что увеличивает проницаемость мембраны и фильтроцикл мембранного аппарата 9 за счет размывания осадка и снижения концентрационной поляризации. В мембранном аппарате 9 образуется концентрат, обогащенный соединениями железа и марганца, и насыщенный кислородом воздуха, который поступает из верхней части аппарата 9 в контактный резервуар 5 по трубопроводу 10, где концентрат, содержащий коллоидное железо и большое количество кислорода воздуха, смешивается с очищаемой водой, поступающей в контактном резервуаре 5. В результате чего ускоряется процесс окисления железа (II) и марганца в объеме воды, ускоряется процесс укрупнения и выпадения в осадок хлопьев гидроксида железа (III), повышается содержание кислорода. При этом часть концентрата в виде шлама сбрасывается в систему канализации. Фильтрат поступает из верхней части мембранного аппарата 9 по трубопроводу 11 в резервуар для очищенной воды 12.
В случае необходимости отдельным циклом осуществляется обратная промывка мембранного аппарата 9. Для этого очищенная вода из резервуара очищенной воды 12 по трубопроводу 13, подключенному к трубопроводу 11, подается насосом 14 через устройство для подачи реагента 15 в верхнюю часть мембранного аппарата 9, а промывная вода сбрасывается в систему канализации.
Из таблицы 1 видно, что вода, очищенная посредством предлагаемой установки с использованием в мембранном аппарате фильтрационной мембраны в виде трубок, отличается оптимальными показателями по очистки от железа и марганца, соответствующими и в некоторых случаях превышающими нормативные показатели по СанПиН 2.1.4.1074-01. Исходная вода подается в смеситель, из которого поступает в контактный резервуар, далее, с помощью насоса вода подается в эжектор, а затем в нижнюю часть мембранного аппарата с мембраной в виде трубки диаметром 13 мм и размером пор 0,02 мкм. В мембранном аппарате образуется концентрат, который поступает из верхней части аппарата в контактный резервуар, и фильтрат, который поступает из верхней части аппарата в резервуар очищенной воды.
Из таблицы 2 видно, что вода, очищенная посредством предлагаемой установки с использованием в мембранном аппарате показатели качества исходной воды и воды очищенной с использованием предлагаемой установки, мембранный аппарат которой выполнен в форме фильтрационной мембраны в виде капилляров, отличается оптимальными показателями по очистки от железа и марганца, соответствующими и в некоторых случаях превышающими нормативные показатели по СанПиН 2.1.4.1074-01. Исходная вода подается в смеситель, из которого поступает в контактный резервуар, далее, с помощью насоса вода подается в эжектор, а затем в нижнюю часть мембранного аппарата с мембраной в виде капилляров с диаметром капилляра 1 мм и размером пор 0,02 мкм. В мембранном аппарате образуется концентрат, который поступает из верхней части аппарата в контактный резервуар, и фильтрат, который поступает из верхней части аппарата в резервуар очищенной воды.
Таким образом, применение предлагаемой полезной модели приводит к повышению эффективности при сохранении стабильности очистки воды из подземных источников от железа и марганца.