УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/64 C02F1/64 C02F101/10 C02F103/04 

Изобретение относится к области водоочистки и может быть использовано в системах очистки питьевой воды от железа и других примесей.

Известна установка для очистки жидкостей, содержащая фильтр и систему технологических труб с запорно-регулирующими устройствами для осуществления перевода фильтра из режима фильтрования в режим промывки. Фильтр состоит из корпуса, разделенного наклонной перегородкой на камеры, расширяющиеся по ходу движения очищаемой жидкости и заполненные загрузочным материалом, причем одна камера заполнена гранулированным материалом, удельный вес которого больше удельного веса очищаемой жидкости, например песком, а другая - гранулированным материалом, удельный вес которого меньше удельного веса очищаемой жидкости, например вспененным полистиролом. Камеры фильтра снабжены дренажными распределительными устройствами, соединенными с системой технологических труб, обеспечивающих подачу жидкости на очистку, отвод ее и на промывку фильтрующих загрузок /авторское свидетельство СССР N 626791, В 01 D 24/18, 1978 г./.

Недостатками этой установки является наличие большого количества запорно-регулирующих устройств для осуществления перевода фильтра из режима фильтрования в режим промывки и обратно, а также низкая эффективность работы фильтра при очистке воды от железа.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является установка для обезжелезивания воды, содержащая аэратор, камеру контактного фильтра, заполненную крупнозернистой плавающей загрузкой, с дренажной системой, камеру осветлительного фильтра, заполненную мелкозернистой плавающей загрузкой, с распределительной системой, средней и нижней дренажными системами, перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами, трубопроводы подачи воды в установку на очистку и промывку и трубопроводы отвода очищенной и промывной воды /патент РФ N 2092450, C 02 F 1/64, 1997 г./.

Недостатками работы установки являются:
- низкая эффективность дегазации и очистки воды от железа при средних и высоких значениях содержания железа в исходной воде из-за использования упрощенной аэрации;
- снижение производительности установки во времени из-за уменьшения скорости фильтрования по мере загрязнения фильтрующей загрузки;
- большой расход воды на промывку фильтрующей загрузки, обусловленный раздельной промывкой контактного и осветлительного фильтров.

Технический результат от использования предложенной установки заключается в повышении эффективности очистки воды от примесей железа при сохранении постоянной производительности в течение фильтроцикла и сокращении расхода промывной воды.

Поставленная задача решается за счет того, что в установке для обезжелезивания воды, содержащей трубопроводы подачи исходной воды на очистку, подачи промывной воды, отвода очищенной воды и отвода промывной воды, устройство для аэрации, контактный фильтр с плавающей зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством, осветлительный фильтр с зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством и перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами, контактный фильтр выполнен закрытого типа с частично затопленной плавающей загрузкой, снабжен узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения и регулирующего клапана, и соединен с трубопроводом подачи исходной воды на очистку с установленным на нем устройством для аэрации, осветлительный фильтр выполнен открытого или закрытого типа с зернистой загрузкой с удельным весом больше удельного веса очищаемой воды, а перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами расположено между их нижними распределительными устройствами, при этом контактный фильтр может быть расположен внутри осветлительного фильтра, трубопровод промывной воды может быть соединен с контактным и/или осветлительным фильтром, высота незатопленной части загрузки контактного фильтра составляет 0,1-0,9 общей высоты слоя загрузки, а устройство для аэрации выполнено в виде водовоздушного эжектора.

На фиг. 1 изображена установка для обезжелезивания воды, содержащая отдельно расположенные контактный фильтр и осветлительный фильтр открытого типа с трубопроводом промывной воды, соединенным с контактным фильтром; на фиг. 2 - то же с соединением трубопровода промывной воды с осветлительным фильтром; на фиг. 3 - установка с расположением корпуса контактного фильтра внутри осветлительного; на фиг. 4 - установка с отдельно расположенными контактным фильтром и осветлительным фильтром закрытого типа; на фиг. 5 - то же, с расположением корпуса контактного фильтра внутри осветлительного.

Установка для обезжелезивания воды (фиг. 1) содержит контактный фильтр закрытого типа, состоящий из корпуса 1, заполненного частично затопленной фильтрующей загрузкой 2, удельный вес которой меньше удельного веса очищаемой воды, например вспененным полистиролом или керамзитом, с верхним распределительным устройством 3, соединенным с трубопроводом подачи исходной воды на очистку 4, на котором установлен водовоздушный эжектор 5, и трубопроводом подачи воды на промывку 6, узлом газоотвода, состоящим из трубы 7 с перфорацией или щелевым колпачком на ее нижнем конце, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана 8, и нижним распределительным устройством 9, осветлительный фильтр открытого типа, состоящий из корпуса 10, заполненного фильтрующей загрузкой 11, удельный вес которой больше удельного веса очищаемой воды, например песком, с нижним распределительным устройством 12, соединенный с трубопроводами отвода очищенной воды 13 и отвода промывной воды 14, и перепускное устройство 15 между контактным и осветлительным фильтрами.

Перепускное устройство выполнено в виде трубопровода, соединяющего нижнее распределительное устройство 9 контактного фильтра с нижним распределительным устройством 12 осветлительного фильтра. Верхнее распределительное устройство 3 выполнено в виде цилиндрической камеры, снабженной тангенциальными патрубками подачи очищаемой и промывной воды, соединенными с трубопроводами подачи воды на очистку 4 и подачи промывной воды 6 соответственно.

Высота слоя незатопленной загрузки h задается глубиной погружения трубы 7 узла газоотвода в загрузку 2 и/или степенью открытия регулирующего клапана 8 и составляет от 0,1 до 0,9 от общей высоты слоя загрузки H.

На фиг. 2 изображена установка, состоящая из отдельно расположенных контактного фильтра и осветлительного фильтра открытого типа с подсоединением трубопровода промывной воды к ответлительному фильтру - к патрубку его нижнего распределительного устройства 12.

На фиг. 3 изображена установка с расположением корпуса закрытого контактного фильтра 1 с плавающей загрузкой 2 внутри корпуса открытого осветлительного фильтра 10 с тяжелой загрузкой 11. Верхняя распределительная система 3 в зависимости от диаметра корпуса фильтра 1 может быть выполнена в виде одной вертикальной перфорированной трубы (одного щелевого колпачка) или нескольких распределительных труб, закрепленных в виде лучей в вертикальном коллекторе. В бытовых фильтрах малого диаметра может быть применена сетка, помещаемая в разъемном соединении (муфтовом или фланцевом) между патрубком (штуцером) фильтра и трубопроводом. Нижние распределительные устройства 9 и 12 выполнены в виде известных в технике фильтрации устройств - перфорированных труб, распределительных труб со щелевыми колпачками, с поддерживающим гравийным слоем и пр. Перепускное устройство между фильтрами выполнено в виде щелей на нижнем открытом торце корпуса фильтра 1, а нижние распределительные системы фильтров выполнены в виде общих труб с перфорированными участками 9 и 12, размещенными соответственно в фильтре с тяжелой загрузкой 10 и фильтре с плавающей загрузкой 1.

На фиг. 4 изображена установка, содержащая отдельно расположенные контактный фильтр закрытого типа и осветлительный фильтр закрытого типа. Верхняя распределительная система 3 выполнена из вертикального коллектора с присоединенными к нему радиальными распределительными перфорированными трубами, перепускное устройство 15 выполнено в виде трубопровода, соединяющего патрубки нижних распределительных устройств 9 и 12 фильтров.

На фиг. 5 изображена установка с расположением корпуса закрытого контактного фильтра 1 с плавающей загрузкой 2 внутри корпуса закрытого осветлительного фильтра 10 с тяжелой загрузкой 11.

Установка работает следующим образом.

Очищаемую воду по трубопроводу подачи исходной воды на очистку 4 подают через регулирующий вентиль в эжектор 5, с помощью которого осуществляется эжектирование воздуха и образование водовоздушного потока, поступающего через верхнюю распределительную систему 3 в корпус фильтра 1 с плавающей загрузкой 2. Водовоздушный поток движется вниз через слой незатопленной плавающей загрузки высотой h, которую задают положением нижнего конца трубы 7 узла газоотвода. В незатопленном слое загрузки происходят физико-химические процессы дегазации воды - удаление свободной углекислоты и (при наличии) других растворенных газов (сероводорода, метана, пр.), что создает благоприятные условия для окисления двухвалентного железа в трехвалентное, и растворение воздуха (и соответственно кислорода) в воде. Одновременно протекает процесс каталитического окисления двухвалентного железа в трехвалентное - в основном на поверхности частиц загрузки, покрытой соединениями железа, образующимися в результате окисления двухвалентного железа и служащими катализатором окисления. Избыточный воздух с выделившимися из воды газами отводят через узел газоотвода, состоящий из трубы 7 с перфорацией (или щелевым колпачком) на ее нижнем конце и клапана 8, в атмосферу, а очищаемая вода проходит через слой затопленной загрузки, где продолжается процесс окисления железа растворенным в воде кислородом, и далее через нижнюю распределительную систему контактного фильтра 9, перепускное устройство 15 и нижнюю распределительную систему осветлительного фильтра 12 она поступает в слой тяжелой зернистой загрузки 11. По мере прохождения через фильтрующий материал, вода окончательно очищается от железа и взвешенных веществ. Очищенную воду по трубопроводу отвода очищенной воды 13 направляют потребителю.

Благодаря тому, что в предложенной установке контактный фильтр выполнен закрытого типа, по мере загрязнения фильтрующей загрузки давление в осветлительном фильтре возрастает, что обеспечивает постоянство во времени производительности установки. В осветлительном фильтре с плавающей загрузкой направление движения воды и при фильтровании и при промывке - сверху вниз, в контактном фильтре с песчаной загрузкой - снизу вверх. При этом фильтрование ведут в направлении уменьшения размера частиц фильтрующей загрузки, благодаря чему достигают максимальной грязеемкости фильтра с соответствующим увеличением фильтроцикла.

Для перевода установки из режима фильтрации в режим промывки - загрузки закрывают клапан (вентиль, кран) на трубопроводе отвода очищенной воды 13 и открывают клапан на трубопроводе подачи промывной воды 6, при этом в контактный фильтр также продолжают подавать очищаемую воду. В установке реализован принцип прямоточного фильтрования, при котором фильтрование осуществляют в том же направлении движения воды, что и при промывке. Это позволяет существенно снизить расход воды, подаваемой на промывку.

Установки с осветлительным фильтром открытого типа, работающие при минимальном избыточном давлении, близком к атмосферному, применяют при высоком содержании в исходной воде двухвалентного железа (10 - 30 мг/л и выше) и необходимости осуществления интенсивной дегазации воды, то есть при высоком содержании в исходной воде растворенных газов - свободной углекислоты, сероводорода, метана и пр., или при наличии на станции водоподготовки (при экономически обоснованной целесообразности применения) резервуаров очищенной воды, из которых питьевую воду подают в сеть насосами второго подъема; в последнем случае при низком содержании в исходной воде железа (ориентировочно до 5 мг/л) и прочих благоприятных показателях (низкие значения окисляемости воды и содержания растворенных газов) могут быть применены установки с размещением контактного фильтра внутри осветлительного и с небольшой высотой слоя незатопленной загрузки (малой глубиной погружения газоотводной трубы или вообще без нее);
- установки с осветлительными фильтрами закрытого типа, работающие при давлении, превышающем давление в водоразборной сети, применяют при низком содержании в исходной воде растворенного железа (до 8 - 10 мг/л) и благоприятных условиях для его окисления (низкие значения окисляемости воды и малое содержание растворенных газов); при этом установки с размещением контактных фильтров внутри осветлительных применяют при исходном содержании двухвалентного железа до 3-5 мг/л и небольшой производительности, когда первостепенное значение имеет компактность установки.

Соотношение размеров (диаметров или площадей поперечного сечения) контактного и осветлительного фильтров выбирают также исходя из качества исходной воды. При низком содержании железа (до 2-3 мг/л) и прочих благоприятных условиях применяют контактный фильтр с минимальными размерами, при которых плавающая загрузка из-за высоких скоростей фильтрации находится в псевдоожиженном ("кипящем") состоянии. В этом случае промывка плавающей загрузки (фильтрацию осуществляют в режиме самоочищения) не требуется, и промывную воду подают непосредственно в осветлительный фильтр по трубопроводу подачи воды на промывку 6 (фиг. 2), присоединенному к патрубку нижней распределительной системы 12.

Высоту слоя незатопленной загрузки h (в пределах 0,1 - 0,9 общей высоты слоя загрузки H) устанавливают предварительно на основе анализов воды и опытных данных (результатов технологических исследований) и корректируют при проведении наладочных работ. Если нет необходимости осуществлять интенсивную дегазацию воды, узел газоотвода может быть ограничен регулирующим клапаном 8, с помощью которого можно также поддерживать те же значения высоты слоя незатопленной плавающей загрузки, но при худшем насыщении воды кислородом - свежий воздух, поступивший в контактный фильтр, сразу же удаляется из него через клапан 8, а в нижерасположенных слоях воздушной подушки кислород быстро расходуется.

Таким образом, предложенная установка для обезжелезивания воды позволяет повысить эффективность очистки воды от примесей железа при сохранении постоянной производительности и сократить расход промывной воды.

Изобретение предназначено для очистки воды от железа в системах очистки питьевой воды. Установка содержит трубопроводы для подачи исходной воды, подачи промывной воды и для отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, осветлительный фильтр с зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством, контактный фильтр закрытого типа с частично затопленной плавающей загрузкой и нижним распределительным устройством и узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана. Узел газоотвода соединен с трубопроводом при подаче исходной воды и с установленным на нем устройством для аэрации. Между нижними распределительными устройствами контактного и осветлительного фильтров установлено перепускное устройство. Установка эффективно очищает воду от железа и позволяет сократить расход промывной воды. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. 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 с плавающей зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством, осветлительный фильтр с зернистой загрузкой и нижним распределительным устройством и перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами, отличающаяся тем, что контактный фильтр выполнен закрытого типа с частично затопленной плавающей загрузкой, снабжен узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана, и соединен с трубопроводом подачи исходной воды на очистку с установленным на нем устройством для аэрации, осветлительный фильтр выполнен открытого или закрытого типа с зернистой загрузкой с удельным весом больше удельного веса очищаемой воды, а перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами расположено между их нижними распределительными устройствами. 2. Установка для обезжелезивания воды по п.1, отличающаяся тем, что контактный фильтр расположен внутри осветительного фильтра. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что трубопровод промывной воды соединен с контактным и/или осветительным фильтром. 4. Установка для обезжелезивания воды по п.1 или 2, отличающаяся тем, что высота незатопленной части загрузки контактного фильтра составляет 0,1 - 0,9 общей высоты слоя загрузки. 5. Установка для обезжелезивания воды по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство для аэрации выполнено в виде водовоздушного эжектора.