УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/64 

Изобретение относится к установке для обезжелезивания воды, осуществляемой путем интенсивной аэрации-дегазации с последующим окислением двухвалентного железа и задержанием гидроксидов железа при прохождении воды последовательно через слои незатопленной плавающей крупногранульной с каталитическими свойствами и затопленной мелкогранульной плавающей инертной загрузок, и может быть использовано для обезжелезивания природных вод, а также для дегазации и очистки от грубодисперсных примесей и мелкозернистого песка.

Известна установка для обезжелезивания воды, содержащая водонапорную башню со стволом и баком с крышей, трубопроводы для подачи исходной и отвода очищенной воды, трубопровод для отвода осадка в канализацию, размещенный под крышей бака аэратор в виде перфорированного насадка, контактный фильтр, выполненный из крупнозернистой плавающей загрузки, и имеющий дренажную систему, расположенный в нижней части ствола башни осветлительный фильтр, выполненный из мелкозернистой загрузки и имеющий распределительную систему, среднюю и нижнюю дренажные системы (Патент РФ №2092450, С02F 1/64, опубл. 10.10. 1997).

Недостатками этой установки являются:

- низкая эффективность дегазации и очистки воды от железа в исходной воде из-за использования упрощенной аэрации;

- отсутствие узла для отвода выделенных из воды газов (СO₂, H₂S и др.), препятствующих эффективному окислению двухвалентного железа;

- снижение производительности установки во времени из-за уменьшения скорости фильтрования по мере загрязнения фильтрующей загрузки;

- длительный период формирования каталитической пленки на затопленной инертной загрузке контактного фильтра;

- большой расход воды на промывку фильтрующей загрузки, обусловленный раздельной промывкой контактного и осветлительного фильтров;

Эксплуатация такого фильтра в профилактических и ремонтных режимах крайне осложнена.

Известно устройство для очистки воды, содержащее корпус с расположенными в нем слоями катализатора и фильтрующего материала, нижнее и верхнее дренажные устройства, подающий трубопровод, на котором установлен эжектор, присоединенные к верхней и нижней частям корпуса соответственно трубопроводы очистки воды и регенерации (Патент РФ №2201901, МПК С02F 1/64, опубл. 10.04.2003).

Недостатками этого устройства являются:

- низкий массообмен воздуха, вводимого с помощью эжекторного устройства, с обрабатываемой водой;

- нарушение режима окисления двухвалентного железа и, следовательно, ухудшение эффекта очистки после перерывов в подаче воды на установку и временного отключения эжектора;

- существенные эксплуатационные расходы из-за необходимости обеспечения перепада давления на эжекторе не менее 0,15 - 0,20 мПа для нормальной работы последнего.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к изобретению является установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы для подачи исходной и промывной воды и для отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, соединенный с трубопроводом подачи исходной воды контактный фильтр закрытого типа с частично затопленной плавающей загрузкой, нижним распределительным устройством и узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана, осветлительный фильтр с зернистой загрузкой с удельным весом больше удельного веса очищаемой воды и перепускное устройство между контактным и осветлительным фильтрами (Патент РФ №2165897, МПК С02F 1/64, опубл. 27.04.2001).

Недостатками этой установки являются:

- недостаточная степень предварительной очистки воды;

- большой расход промывной воды;

- необходимость использования промывных насосов и повышенные затраты времени для обеспечения качественной промывки тяжелой фильтрующей загрузки осветлительного фильтра;

- снижение производительности установки и увеличение затрат на электроэнергию из-за перепада давления при применении устройств для аэрации.

Техническим результатом изобретения является улучшение качества предварительной очистки воды путем интенсификации процессов аэрации-дегазации и окисления органических соединений в исходной воде, снижение расхода промывной воды, эксплуатационных затрат и повышение производительности устройства при более высоких концентрациях железа, углекислоты, сероводорода и других примесей.

Технический результат достигается тем, что в установке для обезжелезивания воды, содержащей трубопроводы для подачи исходной и промывной воды и для отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, частично затопленную плавающую фильтрующую загрузку с размещенным в ней узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана, верхнее и нижнее распределительные устройства, устройство для аэрации 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.

Лопастный завихритель может быть выполнен в виде восьмилопастной крыльчатки, жестко прикрепленной своими лопастями, установленными под углом 30° относительно горизонтальной плоскости, к вертикальной цилиндрической трубе в средней ее части. Плавающая фильтрующая загрузка может быть выполнена крупногранульной с каталитическими свойствами и мелкогранульной инертной.

Верхнее распределительное устройство может быть выполнено в виде перфорированных радиально расположенных в горизонтальной плоскости труб, выпускные отверстия которых направлены вверх.

Труба узла газоотвода может быть оборудована в нижней части сетчатым фильтром.

В установке предусмотрен трубопровод для отвода шлама.

На фиг.1 представлен общий вид установки для обезжелезивания воды.

На фиг.2 - разрез по линии А-А на фиг.1.

Установка для обезжелезивания воды состоит из корпуса 1, заполненного плавающей фильтрующей загрузкой: частично затопленной крупногранульной с каталитическими свойствами 2 и затопленной мелкогранульной инертной 3. В центре корпуса 1 установки размещено устройство для аэрации, включающее камеру смешения воды и воздуха. Камера смешения воды и воздуха выполнена в виде герметично закрытой сверху и оборудованной снизу конусным шламосборником 4 вертикальной цилиндрической трубы 5 с тангенциальным входным патрубком и установленным внутри нее лопастным завихрителем 6. Лопастный завихритель 6 выполнен в виде восьмилопастной крыльчатки, жестко прикрепленной своими лопастями, установленными под углом 30° относительно горизонтальной плоскости, к вертикальной цилиндрической трубе 5 в средней ее части. В верхней части установки размещено верхнее распределительное устройство 7, предназначенное для распределения очищаемой и промывной воды. Для обеспечения равномерного распределения исходной и промывной воды по площади фильтрующей загрузки верхнее распределительное устройство 7 выполнено в виде перфорированных радиально расположенных в горизонтальной плоскости труб, выпускные отверстия которых направлены вверх. В слое крупногранульной загрузки 2 размещен узел газоотвода 8, состоящий из трубы с сетчатым фильтром в ее нижней части, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана. В нижней части установки размещены: нижнее сборно-распределительное устройство 9, трубопровод отвода очищенной воды 10, трубопровод отвода промывной воды 11, напорный трубопровод подачи исходной воды 12, соединенный посредством тангенциального входного патрубка с вертикальной цилиндрической трубой 5 выше конусного шламосборника, и трубопровод отвода шлама 13, присоединенный к нижней части конусного шламосборника 4. В верхней части установки размещен трубопровод подачи промывной воды 14.

Установка для обезжелезивания воды работает следующим образом. Исходная вода, содержащая механические примеси, образующиеся, например, при песковании скважин, коррозии стальных водоподъемных труб и водоводов, углекислый газ, сероводород и ионы железа, под давлением подается вместе с воздухом по трубопроводу 12 через тангенциальный входной патрубок в камеру смешения воды с воздухом, где происходит смешивание воды с воздухом и предварительная ее очистка от грубодисперсных примесей. При поступлении в камеру смешения, выполненную в виде герметично закрытой сверху и оборудованной снизу конусным шламосборником 4 вертикальной цилиндрической трубы 5 с тангенциальным входным патрубком, за счет установленного в ее средней части лопастного завихрителя 6, вода приобретает разнонаправленное вращательное вихревое движение. Одновременно, под действием возникающей центробежной силы грубодисперсные частицы перемещаются (отбрасываются) к стенкам вертикальной цилиндрической трубы 5, сползают вниз и накапливаются в конусном шламосборнике 4.

Совершая вращательное движение, вода вместе с выделенными из нее пузырьками воздуха поступательно поднимается по трубе вверх к лопастному завихрителю 6, выполненному в виде восьмилопастной крыльчатки, жестко прикрепленной своими лопастями, установленными под углом 30° относительно горизонтальной плоскости, к вертикальной цилиндрической трубе 5. После прохождения через лопасти завихрителя 6, при постоянном поступательном движении вверх, водовоздушный поток закручивается в направлении, противоположном направлению закручивания на предыдущей стадии. Аэрированная вода через верхнее распределительное устройство 7, выполненное в виде перфорированных, радиально расположенных в горизонтальной плоскости труб, выпускные отверстия которых направлены вверх, истекает под давлением в виде струй в слой незатопленной плавающей крупногранульной, обладающей каталитическими свойствами загрузки 2. Высоту слоя незатопленной плавающей крупногранульной с каталитическими свойствами загрузки 2 задают глубиной погружения трубы узла газоотвода 8 в загрузку. В слое незатопленной плавающей крупногранульной с каталитическими свойствами загрузки 2 происходят физико-химические процессы дегазации воды - удаление углекислоты, сероводорода, что создает благоприятные условия для окисления двухвалентного железа в трехвалентное, и более глубокое насыщение воды кислородом. Выделившиеся из воды углекислота и сероводород удаляются через узел газоотвода 8 в атмосферу, а очищаемая вода поступает далее сверху вниз в затопленный слой мелкогранульной плавающей инертной загрузки 3, где доочищается от взвешенных веществ и железа, собирается нижним сборно-распределительным устройством 9 и отводится по трубопроводу 10. Скопившийся в конусном шламосборнике 4 осадок по мере необходимости удаляется по трубопроводу 13 в канализацию.

По мере загрязнения плавающей фильтрующей загрузки 2, 3 производят ее промывку водой, подаваемой с необходимой интенсивностью по трубопроводу 14 при закрытых задвижках на трубопроводах 10, 12 и 13. Вода подается через верхнее распределительное устройство 7 в верхнее пространство установки с относительно большой скоростью и проходит через слои крупно и мелкогранульной загрузок 2, 3 в направлении сверху вниз. При этом происходит расширение мелкогранульной загрузки. Отвод промывной воды осуществляется по трубопроводу 11.

Изобретение позволяет улучшить качество предварительной очистки воды путем интенсификации процессов аэрации-дегазации и окисления органических соединений в исходной воде, снизить расход промывной воды, эксплуатационные затраты и повысить производительность установки. Установка позволяет очищать воду с большим содержанием растворенных газов, двухвалентного железа и механических примесей.

Изобретение относится к области очистки природных вод от железа, а также для дегазации и очистки от грубодисперсных примесей и мелкозернистого песка. Установка содержит трубопроводы для подачи исходной и промывной воды, для отвода очищенной и промывной воды и для отвода шлама, устройство для аэрации, частично затопленную плавающую фильтрующую загрузку с размещенным в ней узлом газоотвода, верхнее и нижнее распределительные устройства. Узел газоотвода состоит из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана. Труба узла газоотвода оборудована в нижней части сетчатым фильтром. Устройство для аэрации включает камеру смешения воды и воздуха, размещенную в центре корпуса установки. Камера смешения выполнена в виде герметично закрытой сверху и оборудованной снизу конусным шламосборником вертикальной цилиндрической трубы с тангенциальным входным патрубком и установленным внутри нее лопастным завихрителем. Лопастный завихритель выполнен в виде восьмилопастной крыльчатки. Изобретение позволяет улучшить качество очистки воды путем интенсификации процессов аэрации-дегазации, снизить расход промывной воды и эксплуатационные затраты, а также повысить производительность установки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для обезжелезивания воды, содержащая трубопроводы для подачи исходной и промывной воды и для отвода очищенной и промывной воды, устройство для аэрации, частично затопленную плавающую фильтрующую загрузку с размещенным в ней узлом газоотвода, состоящим из трубы, установленной с возможностью изменения глубины ее погружения, и регулирующего клапана, верхнее и нижнее распределительные устройства, отличающаяся тем, что устройство для аэрации 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.

2. Установка для обезжелезивания воды по п.1, отличающаяся тем, что лопастный завихритель выполнен в виде восьмилопастной крыльчатки, жестко прикрепленной своими лопастями, установленными под углом 30° относительно горизонтальной плоскости, к вертикальной цилиндрической трубе в средней ее части.

3. Установка для обезжелезивания воды по п.1, отличающаяся тем, что плавающая фильтрующая загрузка выполнена крупногранульной с каталитическими свойствами и мелкогранульной инертной.

4. Установка для обезжелезивания воды по п.1, отличающаяся тем, что верхнее распределительное устройство выполнено в виде перфорированных, расположенных радиально в горизонтальной плоскости труб, выпускные отверстия которых направлены вверх.

5. Установка для обезжелезивания воды по п.1, отличающаяся тем, что труба узла газоотвода оборудована в нижней части сетчатым фильтром.

6. Установка для обезжелезивания воды по п.1, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод для отвода шлама.