СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ И АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/463 G05D27/00 

Изобретение относится к экологии, в части электрохимических технологий получения питьевой воды и очистке промышленных стоков, а именно комбинированным электрореагентным способом на автоматизированной установке для его реализации. Изобретение найдет широкое применение в народном хозяйстве при очистке сточных вод и питьевой воды, приготовлении пищевых продуктов, медицинских препаратов, алкогольных и безалкогольных напитков, и представляет собой важнейшее профилактическое мероприятие для предотвращения распространения широкого спектра заболеваний, связанных с повышенным "экологическим риском" окружающей среды, а так же с использованием некачественной воды с низкими санитарно-гигиеническими показателями, содействуя повышению качественных параметров продукции, выпускаемой с использованием водных растворов, в оптимальной промсанитарии, что в конечном итоге эффективно способствует решению современной проблемы экологии человека.

Уже известно большое количество способов и установок по получению питьевой воды и очистки промышленных стоков, каждый из которых связан с областью применения очищенной воды, ее исходным составом, производительностью установки, типом используемой аппаратуры и систем управления, а также достигнутым уровнем научно-технического прогресса в области техногенной экологии источников питьевого водопотребления, оздоровления естественных водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного назначения.

Существует несколько способов искусственных методов очистки природных вод. (См. книгу: Жунгиету Г.И. Хлеб, вода и химия: Кишинев: Штиница. 1985. - 184 с./с. 162-165).

Известен термодистилляционный метод для опреснения морской воды, по которому опреснение проводится на специальной установке, состоящей из последовательно соединенных испарителя, конденсатора и приемника, и находящий широкое применение в безводных районах планеты, а также в объектах с замкнутым объемом.

К его недостаткам относятся:
1. Значительный расход электроэнергии;
2. Получение полностью обессоленной воды.

Существует электродиализный метод для очистки среднеминерализованной воды - (2-10)•10^-3 кг/дм³, основанный на использовании вентильных свойств пористых диафрагм (мембран), при котором опресненная вода скапливается в межэлектродной части, а рассолы - в камерах ближе к электродам.

Его недостатками считаются:
1. Ограниченная область применения - только для удаления электролитов.

2. Трудности устранения органических веществ неионогенной природы.

Используется также гиперфильтрационный метод, основанный на эффекте обратного осмоса, с применением двухслойного пористого пластика, расположенного между слоями полунепроницаемой мембраны.

Его недостатками являются:
1. Низкая производительность установки.

2. Трудности обеспечения высокой механической прочности самой мембраны и ее регенерации.

3. Узкая избирательность мембраны к видам загрязнений.

4. Сложная схема предварительной очистки,
5. Высокая чувствительность к составу исходной воды.

Существует способ вымораживания, при котором, в одном варианте, при получении ледяной глыбы примеси скапливаются на ее поверхности и удаляются последующим механическим соскабливанием, а в другом - получаемая в кристаллизаторе глубоко охлажденная "ледяная каша" попадает в гидроциклон, где чистый лед отделяется от загрязненного раствора, а затем за счет орошения уже очищенной водой в промывной колонне подвергается таянию.

Основные недостатки этого способа состоят в большой энергоемкости, сложности технологии, громоздкости установки и цикличности ее действия.

Применяется также электрофлотационный способ очистки, в основу которого положено воздействие поднимающихся пузырьков водорода, образующихся в сетчатом донном катоде, на загрязнения, присутствующие в протекающей воде и увлекающих их за собой через зону анода.

К его недостаткам относится:
1. Избирательность к смачиваемым и несмачиваемым частицам.

2. Невозможность удаления растворенных солей.

Находит широкое применение ионообменный способ очистки, суть которого состоит в последовательном пропускании воды через катионитовые фильтры, где катиониты, поглощая ионы металлов, выделяют водород, а при прохождении через анионитовые фильтры аниониты обменивают свои ионы гидрокисла на кислотные остатки солей в воде.

Недостатки: нечувствительность к механическим тонкодисперсным взвесям, малая производительность, высокая себестоимость.

Существующие реагентные методы очистки обладают целым рядом недостатков:
1. Не достигается требуемая глубина очистки.

2. Образуется большое количество шлама, так как наряду с выделенными из воды соединениями металлов попутно соосождается коагулянт и реагентные смеси.

3. Являются трудоемкими процессами, требующими значительных затрат и оборудования.

4. Необходимость использования большого реагентного хозяйства.

Известен также электрохимический метод очистки, основанный на электролизе воды и растворов, сопровождающийся двумя процессами: анодным окислением и катодным восстановлением.

К его недостаткам относятся:
1. Необходимость изготовления анода из нерастворимых сплавов или покрытий.

2. Опасность получения токсичных и взрывоопасных продуктов электролиза воды.

3. Выполнение катода из материала, не подверженного электролитическому растворению и имеющего высокий потенциал перенапряжения.

4. Высокие капитальные и эксплуатационные затраты, вызванные значительной стоимостью изготовления и эксплуатации электродных систем и установок электропитания.

5. Образование отложений на поверхности электродов, проводящих к их пассивации.

6. Большой расход электроэнергии.

В качестве ближайшего аналога на способ получения питьевой воды и очистки промышленных стоков принят метод электрокоагуляции взвешенных и растворенных вредных примесей за счет гидроокисей железа, цинка, алюминия и др. металлов, выделяемых в водный раствор при электрохимическом окислении материалов анода и катода, изложенный в книге: И.Г. Кроснобородько. Деструктивная очистка сточных вод от красителей, 1988, - 192 с./с. 172, 173, рис. 4.24.

К недостаткам способа относится:
1. Большой удельный расход анодного и катодного металла.

2. Относительно высокий расход электроэнергии.

3. Недостаточная степень очистки воды.

4. Сложные и дорогостоящие установки по удалению мелкодисперсных взвесей гидроокисей железа, цинка, алюминия и др. металлов.

Известно устройство по управлению электролизером для производства водорода и кислорода на установке, содержащей собственно электролизер, насос подачи дистиллированной воды, два ресивера на выходных линиях водорода и кислорода (см. книгу Розенброк Х. и др. Вычислительные методы для инженеров-химиков, М. : Мир, 1968. - 443 с./с. 418, фиг. 12.1; с. 419-420, фиг. 12.2; с. 421).

1. Контролируют:
1.1. Дискретные значения уровня воды в электролизере по проводимости.

1.2. Давление водорода на выходе из электролизера.

1.3. Перепад давления между водородной и кислородной линиями на выходе из электролизера.

1.4. Перепад давления между водородной и кислородной линиями на выходе из ресиверов.

2. Регулируют:
2.1. Уровень воды в электролизере с управляющим воздействием на включение и отключение насоса ее подачи.

2.2. Давление в водородной линии на выходе из электролизера с управляющим воздействием на привод регулирующего клапана (РК) после ресивера на его выходной линии.

2.3. Разность давлений между водородной и кислородной линиями на выходе из электролизера с управляющим воздействием на приводы РК противоположных принципов действия, установленных на соответствующих линиях перед своими ресиверами.

2.4. Перепад давлений между водородной и кислородной линиями на выходе ресиверов с управляющим воздействием на привод РК, установленного на выходной кислородной линии.

Недостатками данного устройства являются:
1. Большой расход электроэнергии, связанный с отсутствием информации по электрическим параметрам электролизера и управляющих воздействий на изменение режима его работы.

2. Колебание уровня в электролизере в большом диапазоне вызывает неоправданные возмущающие воздействия на объект управления, что ведет к дополнительному расходу электроэнергии.

3. Отсутствие параметров оценки качества поступающей воды вызывает перерасход электроэнергии.

В качестве ближайшего аналога на устройство принята автоматизированная установка процесса электрокоагуляционной очистки воды, содержащая накопитель, насосы подачи неочищенной воды, откачки очищенной воды и шлама, смеситель, расходную емкость с реагентом, электрокоагулятор со скребками, шламонакопитель, отстойник, выпрямитель (см. книгу: Смирнов Д.Н. Автоматическое регулирование процессов очистки природных и сточных вод. - М.: Стройиздат. 1985. - 312 с/с. 226, 227, рис. XII.4.).

В качестве информационных параметров используются: уровни в накопителе сточных вод, электрокоагуляторе и расходной емкости; pH на выходе смесителя и прозрачность воды посредством фотоэлектрического мутномера на выходе электрокоагулятора.

Регулируют: уровень в расходной емкости воздействием на РК подачи воды из электрокоагулятора на возврат; pH - на РК подачи реагента из расходной емкости; уровень в электрокоагуляторе - на РК выхода воды из него; прозрачность воды - на РК подачи воды в смеситель.

Недостатками данной установки считаются:
1. Неустойчивый режим работы из-за отсутствия учета влияющих факторов по каждому регулирующему контуру.

2. Значительный перерасход электроэнергии и реагентов в условия возникновения аномальных процессов пассивации материалов анода и катода, что вызывает увеличение солесодержания и коррозионной активности очищаемой воды.

3. Не предусмотрена коррекция режимов электрокоагуляции от состава и концентрации вредных примесей в очищаемой воде.

Целью изобретения является сокращение в 5-10 раз расходов как реагентов, так и электроэнергии при получении питьевой воды и очистки промышленных стоков, а также получение питьевой воды оптимального состава минеральных солей и органолептических примесей.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе получения питьевой воды и очистки промышленных стоков путем электрохимической обработки загрязненных водных растворов и взвесей с дозируемыми реагентами при непрерывной подаче в катодно-анодное пространство с последующим отделением осадка состоит в том, что дополнительно проводят двухстадийную дозировку реагентов и электрохимическую обработку при плотности постоянного тока (0,1-1,5)•10³ А/м² и одновременном воздействии электромагнитного поля с напряженностью переменного электрического поля (1-15)•10⁴ В/м с отделением осадка после каждой стадии электрообработки, при этом перед первой стадией электрохимической обработки водный раствор подкисляют до pH 4,5-6,5 кислой реагентной смесью кальциевых солей фосфорной, серной и углекислой кислот при оптимальном молярном соотношении соответственно 1:2:3 и суммарном расходе (5-25)•10^-2 кг/м³, отделяют кислый осадок, а перед второй стадией электрохимической обработки раствор подщелачивают до pH 8,5-8,6 щелочной реагентной смесью гидроокисей кальция, магния и натрия при оптимальном молярном соотношении 4:1:2 и суммарном расходе (40-90)•10^-2 кг/м³, отделяют щелочной осадок.

При реализации данного способа на автоматизированной установке получения питьевой воды и очистки промышленных стоков, состоящей из первых последовательно соединенных электрохимического реактора (ЭХР) с электродной системой и измерителями уровня и pH, и аппарата выделения осадка (АВО), линии подачи и слива РК, выпрямительного блока и блока магнитных пускателей, дополнительно содержит второй ЭХР и второй АВО, последовательно соединенные и установленные после первых, измерители параметров, включающие: три измерителя расхода, два pH-метра, пять кондуктометров, четыре измерителя тока, два измерителя мощности, два дифманометра измерения перепада давления на входе и выходе АВО и два дискретных регулятора перепада давления, регуляторы расхода реагентной смеси, два аналоговых регулятора электропроводности, а также микропроцессорное устройство (МПУ), электропневматические дискретные преобразователи (ЭДП), ЭХР выполнен двухконтурным и снабжен мешалкой интенсивного перемешивания со спрямляющим узлом и измерителями мощности, потребляемой двигателями мешалок, измерители расхода установлены на входах в первый и второй ЭХР и на выходе второго АВО, измерители уровня в ЭХР выполнены пьезометрическими, а регуляторы расхода реагентной смеси выполнены в виде дозаторов переменной производительности, ЭДП расположены на корпусах РК, выполненных запорнорегулирующими (ЗРК) и установленных на входе в первый ЭХР и на входах и сливных линиях первого и второго АВО, выпрямительный блок выполнен в виде блока тиристорных преобразователей (БТП), а МПУ содержит регулирующие и логические блоки, при этом входы МПУ с первого по двадцать первый соединены с информационными выходами измерителей параметров, а выходы МПУ с первого по тринадцатый соединены с дозаторами и с ЗРК через ЭДП, выходы с четырнадцатого по семнадцатый соединены с соответствующими электродными системами ЭХР через БТП, а выходы с восемнадцатого по девятнадцатый связаны с соответствующими двигателями ЭХР через блок магнитных пускателей.

В порядке обоснования соответствия предлагаемого технического решения критерию "промышленная применимость" приводим следующие доказательства:
1. Уровень водопотребления, выраженный в литрах в сутки на человека, является объективным показателем культурно-бытовых и санитарно-гигиенических условий жизни общества.

На сегодняшний день значительная часть населения земного шара лишена возможности употреблять очищенную питьевую воду, что предопределяет тот печальный фактор, почему в каждых четырех из пяти случаев серьезных заболеваний их причиной является употребление неочищенной воды.

Вода - продукт первейшей жизненной важности. В целях охраны здоровья населения оно должно обеспечиваться водой оптимального состава, безопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу и с приятными органолептическими свойствами.

2. Применение традиционных методов очистки воды требуют значительных расходов реагентных смесей (хлора, озона, хлорного железа, сернокислого алюминия, органических коагулянтов и флокулянтов, соды, извести), постоянный дефицит которых усугубляется увеличивающимся их потреблением, что приводит к все возрастающим и дорогостоящим экспертным поставкам указанных реагентных смесей.

3. Низкий технический и технологический уровень традиционных очистных сооружений и существенный расход реагентов технического качества не позволяет получать питьевую воду, соответствующую эпидемиологическим требованиям и стандартам сертификации качества, в частности, по наличию и составу вредных токсичных и аллергенных примесей.

4. Солесодержание природных вод определяется главным образом числом катионов: Ca⁺², Mg⁺², Na⁺¹, K⁺¹, и анионов: HCO-13

5. Суммарное содержание растворенных солей, кислот и оснований в природной воде проще всего определить по общей удельной электрической проводимости воды. Использование этого параметра как меры интегральной концентрации электролитов основано на том, что природные воды представляют собой разбавленные растворы, когда их удельная электрическая проводимость находится в линейной зависимости от концентрации растворенных компонентов. Подвижность ионов в таких растворах заметно не тормозится силами их взаимодействия.

6. Также большое значение имеет содержание в воде активных водородных ионов, фиксируемое по величине pH. По значению данного параметра реализуется контроль и регулирование многих стадий процесса очистки природных вод, так как многие виды электрохимической обработки воды протекают эффективнее только при определенных значениях pH.

7. Сущность способа очистки состоит в последовательности проведения следующих технологических операций: подкисление, электрообработка, фильтрация, подщелачивание, электрообработка и фильтрация, определяемых видом и составом реагентных смесей и режимами электрообработки.

8. В исходный поток очищенных водных растворов и взвесей с целью его подкисления вводится кислая реагентная смесь (РС1) кальциевых солей фосфорной, серной и угольной кислот в оптимальном молярном соотношении 1:2:3 соответственно и суммарном расходе в диапазоне (5-25)•10^-2 кг/м³ в непрерывном или дискретном режимах при постоянном перемешивании образующейся реагентной смеси (ОРС). Контроль количества РС1, подаваемой в ОРС, производится по заданному значению pH, которое находится в пределах 4,5-6,5 единиц pH и уточняется в зависимости от вида и состава примесей в очищаемых водных растворах и взвесях по показателям качества очищенной воды. Полученная кислая реакционная смесь (КРС) подается в ЭХР 1 с рециркуляцией потока при интенсивном перемешивании, где и производится ее многократная электрообработка в анодно-катодном пространстве при следующих параметрах: плотности постоянного тока (0,1-1,5)•10² А/м² и одновременном воздействии электромагнитного поля с напряженностью переменного электрического поля (0,1-1,5)•10⁴ В/м, значение которых выбираются в зависимости от вида и состава ОРС с контролем данной стадии электрообработки по результатам анализа (pH, электропроводности и других параметров).

9. Интенсивное перемешивание КРС вызывает активацию реакций на поверхности электродов за счет смешения продуктов катодной и анодной реакции и их механического удаления, а также образовавшихся пассивной и шламовой пленок. Наличие многократной циркуляции КРС через электрическое поле переменной напряженности анодно-катодного пространства, создающей электромагнитное поле, улучшает ее коагуляционные свойства; из-за высокой электромагнитной восприимчивости реагентной смеси происходит дегидратация более мелких структур с ускорением их агрегатирования в более крупные комплексы, что положительным образом сказывается на последующей стадии по выделению образовавшегося осадка структурируемых вредных примесей.

Из полученной КРС производится удаление поступивших и образовавшихся взвешенных веществ в аппарате для выделения осадка - АВО (например, отстойник, фильтр, сепаратор и т.д.).

10. В осветленную кислую жидкость, очищенную от взвешенных веществ с целью ее подщелачивания вводится щелочная реагентная смесь (РС2) гидроокисей: кальция, магния и натрия при оптимальном молярном соотношении 4:1:2 соответственно и суммарном расходе (40-90)•10^-2 кг/м³, обеспечивающим полное осаждение двухзамещенного фосфорнокислого кальция при избытке ионов кальция в очищаемой воде 7•10^-3 кг/м³, и ионов магния 3•10^-3 кг/м³ до концентраций, устанавливаемых стандартами или ПДК на очищенные водные растворы. Контроль количества РС2, подаваемой в ОРС, производится по заданному значению pH, которое находится в пределах 8,4-8,8 единиц pH, и устанавливается в зависимости от состава осветленной кислой жидкости, а также от вида и регламентируемого состава очищенной щелочной воды.

Полученная щелочная реакционная смесь (ЩРС) подается в ЭХР такой же конструкции и принципа действия, как и при обработке КРС, и при тех же электрических параметрах электрообработки в анодно-катодном пространстве.

Из полученной ЩРС производится удаление образовавшихся взвешенных веществ в АВО.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой автоматизированной установки по получению питьевой воды и очистке промышленных стоков, представленной на фиг. 1, где через римские цифры I-V обозначены материальные потоки, через букву X с цифровыми индексами 1-21 - информационные каналы от датчиков к МПК, а через букву Y с цифровыми индексами 1-13 - каналы управляющих воздействий, поступающих с МПК, БТМ и БМП на приводы ЗРК, ОК к двигателям мешалок и электродным системам.

Автоматизированная установка по получению питьевой воды и очистки промышленных стоков от вредных примесей состоит из 2-х ЭХР 1 и 2 и 2-х АВО 3 и 4, дозаторов 5 и 6 подачи реагентных смесей РС1 и РС2 соответственно.

ЭХР 1 и 2 содержат мешалку интенсивного перемешивания 7, двигатель мешалки 8, спрямляющий узел 9, две электродные системы 10.

Установкой управляют с помощью МПУ 11: электродными системами 10 ЭХР 1 и 2 через БТП 12, двигателями мешалок 7 ЭХР 1 и 2 через БМП 13.

1. Контролируют:
1.1. Параметры входного потока 1 неочищенной питьевой воды или промышленных стоков, подаваемых на установку, а именно: pH, электропроводность и расход с помощью датчиков 14, 15 и 16 соответственно с регистрацией их значений на МПУ 11.

1.2. Параметры ЭХР 1.

1.2.1. Ток, потребляемый электродными системами 10, посредством амперметров 17 и 18 с нормирующими преобразователями с подачей выходного сигнала на МПУ 11.

1.2.2. Мощность, потребляемую двигателем мешалки 8, с помощью измерителя мощности 19 с регистрацией ее значения на МПУ 11.

1.2.3. Степень заполнения ЭХР посредством пьезометрического индикатора уровня ПИУ, состоящего из регулятора расхода воздуха (РРВ) 20, пьезометрической трубки (ПТ) 21 и напоромера 22, с регистрацией значения параметра на МПУ 11.

1.2.4. РН и электропроводность воды на выходе ЭХР при помощи соответствующих проточных датчиков 23 и 24 с регистрацией их значений на МПУ 11.

1.3. Параметры первого АВО 3.

1.3.1. Перепад давления на входе и выходе АВО посредством дифманометра 25 с регистрацией его значения на МПУ 11.

1.3.2. Электропроводность и расход воды на выходе из АВО при помощи проточного кондуктометра 26, расходомера 27 с регистрацией их значений на МПУ 11.

1.4. Параметры ЭХР 2.

1.4.1. Ток, потребляемый электродными системами 10, посредством амперметров 28 и 29 с нормирующими преобразователями сигналов с регистрацией их значений на МПУ 11.

1.4.2. Мощность, потребляемую двигателем мешалки 8, при помощи измерителя мощности 30 с регистрацией ее значения на МПУ 11.

1.4.3. Степень заполнения ЭХР посредством ПИУ, состоящего из РРВ 31, ПТ 32 и напоромера 33, с регистрацией ее значения на МПУ 11.

1.4.4. pH и электропроводность воды на выходе из ЭХР при помощи соответствующих датчиков 34 и 35 с регистрацией их значений на МПУ 11.

1.5. Параметры второго АВО 4.

1.5.1. Перепад давления на входе и выходе АВО посредством дифманометра 36 с регистрацией его значения на МПУ 11.

1.5.2. Расход и электропроводность очищенных питьевой воды или промышленных стоков V на выходе из АВО при помощи соответствующих датчиков 37 и 38 с регистрацией их значений на МПУ 11.

2. Регулируют:
2.1. В ЭХР 1.

2.1.1. Силу тока в электродных системах по сигналам с датчиков тока 17 и 18 по информационным каналам X4 и X7, направляемых к МПУ 11, с выдачей управляющих воздействий через БТП 12 по каналам Y2 и Y5 на величину напряжения, подаваемого к электродным системам 10, с коррекцией по значению сигнала с датчика электропроводности 24 на выходе из ЭХР 1.

2.1.2. pH на выходе воды из ЭХР 1 по сигналу с датчика pH 23 по информационному каналу X8, подаваемого к МПУ 11, с выдачей с него управляющего воздействия по командному каналу Y3 на дозатор 5 подачи РС I с коррекцией управляющего воздействия по значениям pH воды во входном потоке по сигналу с датчика 14 по информационному каналу X1 и ее расходу по сигналу с датчика 16 по информационному каналу X3.

2.2. ЭХР 2.

2.2.1. Силу тока в электродных системах 10 по сигналам с датчиков тока 28 и 29 по информационным каналам X12 и X15, направляемых к МПУ 11, с выдачей с него управляющих воздействий через БТП 12 по командным каналам Y8 и Y11 на величину напряжения, подаваемого к электродным системам 10, с коррекцией по значению сигнала с датчика электропроводности 35 воды на выходе из ЭХР 2.

2.2.2. pH на выходе из ЭХР 2 по сигналу с датчика pH 34 по информационному каналу X16, подаваемого к МПУ 11, с выдачей с него управляющего воздействия по каналу Y10 на дозатор 6 подачи РС II.

3. Управляют:
3.1. ЭХР 1.

3.1.1. Двигателем мешалки 8 по сигналу с ПИУ 22 по информационному каналу X6 на МПУ 11 с последующим командным воздействием с МПУ 11 через БМП 13 по каналу Y4.

3.1.2. ЗРК 39 подачи неочищенных питьевой воды пли промышленных стоков I к ЭХР 1 по команде с МПУ 11 по каналу Y1 через ЭДП 40 с воздействием на привод данного клапана для его открытия.

3.1.3. Включением электродных систем 10 и дозатора 5 по сигналу с более высоким значением в сравнении с сигналом для запуска двигателя мешалки 8 с ПИУ 22 по информационному каналу X6 на МПУ 11 и по сигналу с измерителя мощности 19, потребляемой двигателем 8 работающей мешалки 7, по информационному каналу X5 на МПУ 11, где они реализуют функцию логического умножения "И", с последующим командным воздействием с МПУ 11 по каналу Y3 через БТП 12 по каналам Y2 и Y5 на соответствующие исполнительные механизмы.

3.2. АВО 3.

3.2.1. ЗРК 41 подачи воды из ЭХР 1 к АВО 3 по возросшему значению сигнала с дифманометра 25 по информационному каналу X10 к МПУ 11 с последующим командным воздействием с МПУ 11 по каналу Y6 через ЭДП 42 на привод данного клапана для его закрытия.

3.2.2. ЗРК 43 слива загрязненного осадка IV с АВО по возросшему значению сигнала с дифманометра 25 по информационному каналу X10 к МПУ 11 и по команде с МПУ 11 по каналу Y7 через ЭДП 44 с воздействием на привод данного клапана на его открытие.

3.2.3. При снижении перепада до минимального значения по окончании смывки осадка положения штоков ЗРК 41 и 43 по сигналу с дифманометра 25 и команде с МПУ 11 меняются на противоположное.

3.3. ЭХР 2.

3.3.1. Двигателем мешалки 8 по сигналу с ПИУ 33 по информационному каналу X13 на МПУ 11 с последующим командным воздействием с МПУ 11 через БМП 13 по каналу Y9.

3.3.2. Включением электродных систем 10 и запуска дозатора 6 по сигналу с более высоким значением в сравнении с сигналом для запуска двигателя мешалки с ПИУ 32 по информационному каналу X13 на МПУ 11 и по сигналу с измерителя мощности 30, потребляемой двигателем 8 работающей мешалки 7, по информационному каналу X14 на МПУ 11, где они реализуют функцию логического умножения "И", с последующим командным воздействием с МПУ 11 по каналу Y10, а через БТП 12 по каналам Y8 и Y11 на соответствующие исполнительные механизмы.

3.4. АВО 4.

3.4.1, ЗРК 45 подачи воды из ЭХР 2 к АВО 4 по возросшему значению сигнала с дифманометра 36 по информационному каналу X18 к МПУ 11 с последующим командным воздействием с МПУ 11 по каналу Y12 через ЭДП 46 на привод данного клапана для его закрытия.

3.4.2. ЗРК 47 слива загрязненного осадка IV с АВО по возросшему значению сигнала с дифманометра 36 по информационному каналу X18 к МПУ 11 с последующим командным воздействием с МПУ 11 по каналу Y13 через ЭДП 48 на привод данного клапана для его открытия.

3.4.3. При снижении перепада до минимального значения по окончании смывки осадка положения штоков ЗРК 45 и 47 по сигналу с дифманометра 36 и команде с МПУ 11 меняются на противоположное.

Установка функционирует следующим образом:
1. В пусковом режиме.

1.1. По команде с МПУ 11 по каналу VI через ЭПД 39 открывается ОК 39 и неочищенная вода поступает в ЭХР 1.

1.2. Как только степень заполнения ЭХР 1 достигнет значения первой уставки в блоке задания МПУ 11 в показаниях ПИУ 22 по каналу X6, с МПУ 11 следует команда по каналу Y4 на включение двигателя 8 мешалки 7.

1.3. При достижении степени заполнения ЭХР 1 второго более высокого значения уставки в блоке задания МПУ 11 в показаниях ПИУ 22 по каналу X6 и наличие сигнала по мощности, потребляемой двигателем мешалки 8 и замеряемой датчиком 19, по каналу X5 и поступающих в МПУ 11, где они обрабатываются по схеме логического умножения "И", с МПУ 11 поступают команды по каналам Y2 и Y5 на включение электродных систем 10 ЭХР 1, по каналу Y3 на пуск дозатора 5 подачи РС I и по каналу Y6 через ЭПД 41 на открытие ОК 40 подачи воды к АВО 3.

1.4. При полном заполнении АВО 3, фиксируемого по показаниям дифманометра 25 и датчика кондуктометра 26 в выходном патрубке АВО по каналам X10 и X11 на МПУ 11 вода поступает к следующему ЭХР 2.

1.5. При достижении степени заполнения ЭХР 2 более низкого значения уставки в блоке задания МПУ 11 по показаниям ПИУ 33 по каналу X13 с МПУ 11 следует команда по каналу Y9 на включение двигателя 8 мешалки 7.

1.6. Как только система заполнения ЭХР 2 достигнет более высокого значения уставки в блоке задания МПУ 11 в показаниях ПИУ 33 по каналу X13 и наличия сигнала по мощности, потребляемой двигателем мешалки 8 и замеряемой датчиком 29 по каналу X14 и поступающих в МПУ 11, где они обрабатываются на схеме логического умножения "И", с МПУ 11 поступают команды по каналам Y8 и Y12 на включение электродных систем 10 в ЭХР 2, по каналу Y10 на пуск дозатора 6 подачи РС II и по каналу Y12 через ЭДП 46 на открытие ОК 45 подачи воды к АВО 4.

1.7. При полном заполнении АВО 4, фиксируемого по показаниям дифманометра 36 и датчика кондуктометра 37 в выходном патрубке АВО по каналам X18 и X20 на МПУ 11 очищенная вода IV поступает к потребителю.

2. В режиме непрерывного действия.

2.1. В режиме непрерывного действия установка функционирует согласно алгоритму, изложенному в системах регулирования и управления этой установкой.

2.2. Как только перепад давления на АВО 3 и 4 достигнет предельных значений, фиксируемых посредством дифманометров 25 и 36 по каналам X10 и X18 на МПУ 11, с последнего поступают команды на закрытие по каналу Y6 через ЭДП 42 ЗРК 41, а на открытие по каналу Y7 через ЭДП 44 ЗРК 43; на закрытие по каналу Y12 через ЭДП 46 ЗРК 45, а на открытие по каналу Y13 через ЭДП 48 ЗРК 47: происходит смыв осадка с поверхности АВО за счет объема воды, находящейся в них.

2.3. Как только перепад давления на АВО 3 и 4 снизится до минимальных значений, с МПУ 11 поступают команды на переключение ЗРК в исходные положения.

Использование изобретения позволит в 5 - 10 раз уменьшить расход реагентов и электроэнергии, существенно улучшив качество очистки (таблицы 1 и 2), а также рациональным образом осуществить пуско-остановочные режимы, что дополнительно приведет к экономии расхода реагентов и электроэнергии. Кроме того, данное изобретение обеспечивает оптимальный состав минеральных солей и органолептических примесей в питьевой воде.

Изобретение относится к экологии в части получения чистой питьевой воды и очистке промышленных сточных вод комбинированным электрореагентным способом, которое найдет широкое применение в народном хозяйстве при приготовлении пищевых продуктов, медицинских препаратов, алкогольных и безалкогольных напитков, а также получения высококачественной технической воды из сточных вод. Техническим результатом изобретения является сокращение в 5-10 раз расходов реагентов и электроэнергии, получение оптимального состава минеральных солей и органолептических примесей в питьевой воде, а также обеспечение технических условий оборотного водопользования. Сущность изобретения состоит в использовании двухстадийного режима электрохимической обработки исходной воды с последующим постадийным выделением осадка с подачей на первой стадии кислой реагентной смеси, а на второй - щелочной реагентной смеси, с широким информационным обеспечением контроля технологических процессов и применением автоматизированного микропроцессорного управления для обеспечения оптимальных условий работы установки в пускоостановочном и регламентном режиме. 2 с. п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ получения питьевой воды и очистки промышленных стоков путем электрохимической обработки загрязненных водных растворов и взвесей с дозируемыми реагентами при непрерывной подаче в катодно-анодное пространство с последующим отделением осадка, отличающийся тем, что проводят двухстадийную электрохимическую обработку при плотности постоянного тока (0,1 - 1,5)•10³ А/м² и одновременном воздействии электромагнитного поля с напряженностью переменного электрического поля (1 - 15)•10⁴ В/м с отделением осадка после каждой стадии электрообработки, при этом перед первой стадией электрохимической обработки обрабатываемый водный раствор подкисляют до pH 4,5 - 6,5 кислой реагентной смесью кальциевых солей фосфорной, серной и углекислой кислот при оптимальном молярном соотношении соответственно 1:2:3 и суммарном расходе (5 - 25)•10^-2 кг/м³ с достижением pH 4,5 - 6,5, отделяют кислый осадок, а перед второй стадией электрохимической обработки раствор подщелачивают до pH 8,5 - 8,6 щелочной реагентной смесью гидроокисей кальция, магния и натрия при оптимальном молярном соотношении 4:1:2 и суммарном расходе (40 - 90)•10^-2 кг/м³, отделяют щелочной осадок. 2. Автоматизированная установка получения питьевой воды и очистки промышленных стоков, состоящая из первых последовательно соединенных электрохимического реактора с электродной системой и измерителями уровня и pH, аппарата выделения осадка, линии подачи и слива с регулирующими клапанами, выпрямительного блока и блока магнитных пускателей, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй электрохимический реактор и второй аппарат выделения осадка, последовательно соединенные и установленные после первых, измерители параметров, включающие три измерителя расхода, два pH-метра, пять кондуктометров, четыре измерителя тока, два измерителя мощности, два дифманометра измерения перепада давления и два дискретных регулятора перепада давления, установленных на входе и выходе аппаратов выделения осадка, регуляторы расхода реагентной смеси, два аналоговых регулятора электропроводности, а также микропроцессорное устройство и электропневматические дискретные преобразователи, электрохимический реактор выполнен двухконтурным и снабжен мешалкой инвенсивного перемешивания со спрямляющим узлом и измерителями мощности, потребляемыми электродвигателями мешалок, измерители расхода установлены на входах в первый и второй электрохимические реакторы и на выходе второго аппарата выделения осадка, измерители уровня в электрохимических реакторах выполнены пьезометрическими, а регуляторы расхода реагентной смеси выполнены в виде дозаторов переменной производительности, электропневматические дискретные преобразователи расположены на корпусах регулирующих клапанов, выполненных запорно-регулирующими и установленных на входе в первый электрохимический реактор, на входах и сливных выходах первого и второго аппаратов выделения осадка, выпрямительный блок выполнен в виде блока тиристорных преобразователей, а микропроцессорное устройство содержит регулирующие и логические блоки входы микропроцессорного устройства с первого по двадцать первый соединены с информационными выходами измерителей параметров, а выходы микропроцессорного устройства с первого по тридцатый соединены с дозаторами и запорно-регулирующими клапанами через электропневматические дискретные преобразователи, выходы с четырнадцатого по семнадцатый соединены с соответствующими электродными системами электрохимических реакторов через блок тиристорных преобразователей, а выходы с восемнадцатого по девятнадцатый связаны с соответствующими двигателями электрохимических реакторов через блок магнитных пускателей.