УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК B01D36/04 B01D24/46 C02F1/64 

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к очистке подземных вод от железа.

Известна установка для очистки воды, состоящая из отстойника, фильтра в виде напорной емкости с зернистой загрузкой, оборудованного системой промывки загрузки и дренажем для отвода фильтрата, водонапорной башни с промывным баком и системы дозирования реагентов, причем применен отстойник трубчатого типа, установленный наклонно под углом 50 60^oC, в нижней части имеющий камеру хлопьеобразования, выполненную в виде конического диффузора, а верхней частью отстойник соединен с входной частью насыпного напорного фильтра, соотношение объемов конического диффузора и трубчатой части отстойника находится в пределах 1/1,5 1/2,5. Известно также применение описанной установки для обезжелезивания подземных вод.

Известен медленный фильтр О.М. Айрапетова, содержащий два отделения - емкости, выполненные в грунте и расположенные параллельно каналу, разделенному водоподъемной плотиной, оснащенному подводящими каналами и системой шандоров для обеспечения гидравлической регенерации. Фильтр имеет песчаную фильтрующую загрузку и дренажную систему, сообщенную с резервуаром чистой воды.

Недостатками названных устройств являются низкие эксплуатационные качества, связанные, в частности, с большими габаритными размерами, а также сложностью конструкции и эксплуатации установок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является медленный фильтр, состоящий из резервуара-отстойника, цилиндрических блоков с помещенной в них зернистой фильтрующей загрузкой и включающих каркас с закрепленной на нем сеткой, герметичные днище и крышку, центральную перфорированную трубу с сетчатой водоприемной поверхностью. Резервуар-отстойник содержит также коллекторы, объединенные трубопроводом отвода фильтрата, на которых установлены перфорированные стояки, причем их основание снабжено уплотнителем и опирается на несущие ригели. В нижней части резервуар-отстойник имеет камеру накопления осадка, а над ним размещено аэрационное устройство.

Недостатком данного технического решения являются низкие эксплуатационные качества, обусловленные сложностью конструкции и эксплуатации.

Задача изобретения улучшить эксплуатационные качества за счет обеспечения упрощения регенерации фильтрующей загрузки без демонтирования блоков и за счет увеличения скоростей фильтрования.

Указанная задача решается следующим образом. В известном устройстве, содержащем резервуар-отстойник, расположенные в нем сетчатые цилиндры, имеющие герметичную крышку и днище, размещенную в цилиндрах фильтрующую загрузку, средство для подачи исходной воды и коллекторы для сбора и отвода фильтрата, соединенные с цилиндрами посредством патрубков, блоки разделены перфорированными коническими перегородками, между которыми уложен эластичный фильтрующий материал, а под крышкой и перегородками установлены подвижные диафрагмы, закрепленные на полом перфорированном штоке, концентрически расположенном в центральной трубе цилиндрического блока с возможностью ограниченного вертикального перемещения.

Пример промышленной применимости изобретения.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для обезжелезивания подземных вод, поперечный разрез.

Устройство включает резервуар-отстойник 1, в котором в шахматном порядке размещены цилиндрические блоки 2 с помещенной в них загрузкой в виде эластичного пористого материала, включающие каркас с закрепленной на нем сеткой 3, герметичную крышку 4 и днище 5, конические перфорированные перегородки 6, разделяющие блоки на секции, подвижные конические диафрагмы 7, установленные под крышкой 4 и перегородками 6 и закрепленные на полом перфорированном штоке 8, концентрически расположенном с возможностью ограниченного вертикального перемещения в центральной трубе 9 цилиндрических блоков 2. Резервуар-отстойник 1 содержит также коллекторы 10, соединенные с трубопроводами для отвода фильтрата и отжимаемых из загрузки загрязнений с промывной водой (условно не показаны). На коллекторах 10 с установлены патрубки, на которых закреплены основания 11 цилиндрических блоков 2 с уплотнителями, опирающиеся на несущие ригели 12. В нижней части резервуара-отстойника 1 имеется камера накопления осадка 13, а над ней - аэрационное устройство 14.

Устройство для обезжелезивания подземных вод работают следующим образом.

Вода, содержащая соединения железа, из подземного источника водоснабжения с помощью, например, погружных артезианских насосов, установленных в водозаборных скважинах, подается в аэрационное устройство 14, расположенное над резервуаром-отстойником 1 и представляющее собой, например, перфорированный трубопровод, обеспечивающий струйное разбрызгивание исходной воды, чем обусловливается насыщение ее кислородом. В дальнейшем при достаточно длительном пребывании обогащенной кислородом воды в резервуаре-отстойнике 1 происходит окисление части растворенных соединений железа с образованием гидроокиси, которая, осаждаясь, накапливается в камере накопления осадка 13 и по мере необходимости отводится за пределы фильтра. Частично очищенная за счет отстаивания в верхней части фильтра вода поступает к цилиндрическим блокам 2, установленным на основание 11, опирающихся на несущие ригели 12. Основания 11 цилиндрических блоков 2 совмещен с патрубками, установленными на коллекторах 10, и имеют уплотнители, предотвращающие попадание неочищенной воды в коллектор 10. Воде, проходя через сетки 3, поступает в фильтрующую загрузку из эластичного пористого материала, например открытоячеистого пенополиуретана, размещенную между коническими перфорированными перегородками 6, разделяющими на отдельные секции цилиндрический блок 2, в котором образуется радиальный фильтрационный поток, направленный к полому штоку 8, и через перфорацию поступает внутрь его и отводится в коллекторы 10, сообщенные с резервуаром чистой воды (расходным резервуаром). Наличие водонепроницаемых крышки 4 и днища 5 в цилиндрических блоках 2 обеспечивает равномерное поступление воды в них только через боковую поверхность, огражденную сеткой 3, закрепленной на жестком каркасе. В начальный период работы устройства при фильтрации очищаемой воды через пористый эластичный материал, используемый в качестве фильтрующей загрузки, образуется каталитическая пленка на поверхности этого материала внутри пор, способствующая ускорению процесса выделения железа из очищаемой воды. После образования каталитической пленки устройство выводится в рабочий режим коллекторы 10 подключаются к резервуару чистой воды, а вода, поступающая в фильтрующую загрузку, проходя через нее к полому перфорированному штоку 8, полностью очищается от соединений железа. Соединения железа, выделяемые из воды, постепенно накапливаются в порах фильтрующей загрузки и, соответственно, увеличиваются потери напора в ней разность уровней воды в резервуаре-отстойнике 1 и в полом штоке 8. При скорости фильтрования 0,2 0,5 м/ч более 90% соединений железа задерживается в фильтрующей загрузке на расстоянии не более 0,15 м от сетки 3. В связи с этим диаметр цилиндрических блоков 2 выбирается в зависимости от содержания железа в исходной воде и эффекта отстаивания ее в свободном объеме в резервуаре-отстойнике 1. Например, при концентрации железа в исходной воде до 10 мг/л и при отстаивании ее в свободном объеме не менее 4 5 ч содержание железа снижается на 30 -45% и при дальнейшем фильтровании через слой пенополиуретана толщиной не менее 0,5 м концентрация его в воде не превышает 0,3 мг/л. В этом случае диаметр цилиндрических блоков 2 следует принимать в пределах 1,1 м с учетом диаметра полого штока 8 (0,1 м). Если скорость фильтрации вблизи поверхности фильтрующей загрузки составляет 0,4 м/ч, то на расстоянии 0,1 м от сетки 3 она увеличивается до 0,44 м/ч, а на входе в полый перфорированный шток 8 скорость фильтрации равна 4,4 м/ч. По мере фильтрования очищаемой воды в порах фильтрующей загрузки цилиндрических блоков 2 накапливаются соединения железа, уменьшая объем пор и, следовательно, увеличивая фильтрационное сопротивление загрузки и потери напора в ней. При малых скоростях фильтрации на поверхности загрузки и внутри нее пор в слое, ближайшем к поверхности, ограниченной сеткой 3, образуются колонии железобактерий, способствующих повышению интенсивности процесса окисления растворенных соединений железа и выделению их из раствора. Интенсивность роста потерь напора в фильтрующей загрузки зависит, в частности, от содержания железа в исходной воде, грязеемкости загрузки и от свойств этой загрузки. Например, для пенополиуретана таким свойством, определяющими интенсивность роста потерь напора, является его сжимаемость под действием гидростатического напора. По мере накопления загрязнений в загрузке разность уровней воды в резервуаре-отстойнике 1 и в полом перфорированном штоке 8 увеличивается и за счет разности давления на входе и выходе загрузки происходит ее некоторое сжатие, также как и накопление загрязнений, определяющее увеличение фильтрационного сопротивления. В связи с этим предельно допустимые потери напора следует ограничивать, и в данном случае они не должны превышать 0,7 1,0 м, что обеспечивает незначительное влияние сжатия эластичной загрузки из открытоячеистого пенополоиуретана. Величине потерь напора в фильтрующей загрузке определяется по разности уровней в резервуаре-отстойнике 1 и в полом штоке 8. После достижения предельных потерь напора, т.е. при снижении уровня воды в полом штоке 8 до отметки крышки 4 цилиндрических блоков 2, проводится регенерация фильтрующей загрузки. С этой целью с помощью запорных органов (задвижек) производится переключение коллектора 10, на котором установлен регенерирующий блок, на сброс загрязненной воды в канализацию и с помощью домкрата или специального груза, перемещаемого подъемным механизмом, нагружается подвижный полый шток 8, освобождаемый предварительно от фиксатора, закрепляющего его на центральной трубе 9. Шток 8 при этом перемещается вниз и подвижные конические диафрагмы 7 сжимают эластичную фильтрующую загрузку, нижний конец штока 8 перемещается в патрубках, установленных на коллекторах 10. При этом ход штока 8 и высота патрубков выполнены с расчетом, что сечение коллектора 10 не перекрывается, обеспечивая сброс загрязнений.

Источники информации
1. Авт.св. СССР N 444403, МКИ C 02 B 1/20.

2. Николадзе Г. И. Улучшение качества подаваемых вод. М: Стройиздат, 1987, стр. 96 97, рис. 2.14.

3. Клячо В.А. Апельцин И.Э. Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения. М. Стройиздат, 1962, стр. 282 289, рис. VII-8.

4. Патент СССР N 1771470, МКИ C 02F 1/64, B 01 D 24/46.

5. Отчет о НИР (заключит.) /МосГипроНИИСельстрой; Руководитель Гольдин М.И. 5.3.1. N ГР 01820080334; Инв. N 0284. 0047405. М. 1983. 45 с.

Сущность изобретения: устройство для обезжелезивания подземных вод содержит резервуар-отстойник, расположенные в нем сетчатые цилиндры с загрузкой, имеющие герметичные крышку и днище, конические перегородки, размещенные в цилиндрах одна над другой, и установленные по оси цилиндра с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения перфорированные штоки, к которым жестко прикреплены конические диафрагмы. 1 ил.

Устройство для обезжелезивания подземных вод, содержащее резервуар-отстойник, расположенные в нем сетчатые цилиндры, имеющие герметичные крышку и днище, размещенную в цилиндрах фильтрующую загрузку, средство для подачи исходной воды и коллекторы для сбора и отвода фильтрата, соединенные с цилиндрами посредством патрубков, отличающееся тем, что оно снабжено перфорированными коническими перегородками, размещенными в цилиндрах одна над другой и установленными на оси цилиндров с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения перфорированными штоками, к которым жестко прикреплены равномерно расположенные по высоте штока конические диафрагмы.