Установка для очистки воды Российский патент 2018 года по МПК C02F9/02 C02F1/78 B01D24/48 C01B32/30 

Изобретение относится к области водоочистки и водоподготовки и может быть использовано для очистки питьевых, технических и сточных вод для хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения на фильтрующих установках, использующих совместно процессы озонирования и сорбции.

Одним из наиболее эффективных методов удаления из воды трудноокисляемых органических соединений является совместное использование озона и активного угля. В процессе работы фильтров с активным углем, который используют в качестве зернистой загрузки, при озонировании подвергаемой очистке воды на поверхности гранулированного активного угля образуется биопленка, и угольные фильтры начинают работать фактически как биофильтры с активным углем. Известно, что при совместном применении озона и активного угля значительно возрастают сорбционная емкость угля и продолжительность его работы до регенерации. Кроме того, предварительное озонирование воды позволяет повысить скорость фильтрования /Методические рекомендации по обеспечению выполнения требований санитарных правил и норм САНПИН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» на водопроводных станциях при очистке природных вод. Госстрой России. НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды, под руководством д.т.н. В.Л. Драгинского, МДС 40-3.2000, с. 24-26/.

Однако со временем, которое зависит от степени загрязненности и количества подвергаемой очистке воды, фильтрационная способность активного угля снижается, что приводит к необходимости его регенерации. Чем качественнее регенерация зернистой загрузки фильтров, тем выше ресурс работы установок для очистки воды с их использованием.

Известен способ регенерации зернистой загрузки фильтра, согласно которому поток промывной воды насыщают озоновоздушной смесью, взрыхляют зернистую загрузку подаваемой импульсами насыщенной газом водой с последующим удалением отмытых загрязнений. Известный способ реализован в установке для очистки воды с открытым скорым фильтром, который включает корпус с расположенной в нем зернистой загрузкой с поддерживающим гравийным слоем с расположенной в нем дренажно-распределительной системой, трубопроводы подачи обрабатываемой воды, подачи промывной воды, подачи газожидкостной эмульсии, отвода фильтрата и отвода промывной воды. Для получения озоновоздушной смеси служит генератор озона, для создания импульсов насыщенной озоновоздушной смесью промывной воды для взрыхления зернистой загрузки используют пульсатор, а для ее промывки предусмотрены промывной насос и бак-накопитель /Авторское свидетельство СССР №1472090, B01D 23/24, 1989 г./.

Недостатками этой установки являются высокий расход промывной воды, а также неоправданные энергетические затраты на производство озоновоздушной смеси из-за сброса в атмосферу той ее части, которая не прореагировала с промывной водой.

Наиболее близкой к предложенной является установка для очистки воды, содержащая трубопровод подачи воды на очистку, трубопровод отвода очищенной воды, трубопровод подачи озона от генератора озона, трубопровод отвода промывной воды, обводной трубопровод с обратным клапаном, насос, контактно-фильтровальную емкость, содержащую эжектор, размещенный в ее верхней части, зернистый фильтр из активированного угля, размещенный в ее нижней части, дренажную систему, размещенную под угольным фильтром, блок датчиков уровня, четыре запорных устройства, установленных на трубопроводах подачи воды на очистку и в эжектор, на обводном трубопроводе и трубопроводе отвода очищенной воды, блок управления, соединенный с блоком датчиков уровня и с цепями управления генератора озона, насоса и запорных устройств, трубопровод подачи озона от генератора озона соединен с эжектором, деструктор озона, установленный в верхней части контактно-фильтровальной емкости, трубопровод отвода промывной воды соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости через гидрозатвор /Патент РФ на полезную модель №94968, C02F 1/78, 2010 г./.

Недостатками известной установки являются большой расход промывной воды, невысокая эффективность регенерации зернистой загрузки из активированного угля, а также невысокая степень использования озона.

Техническая проблема состоит в создании экономичной установки с повышенной степенью очистки воды и увеличенной продолжительностью фильтроцикла.

Технический результат от использования предложенной установки для очистки воды заключается в повышении степени использования озона и степени регенерации фильтрующей загрузки при одновременном сокращении расхода промывной воды.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в установке для очистки воды, содержащей контактно-фильтровальную емкость с зернистой загрузкой из активированного угля и дренажно-распределительной системой, размещенными в ее нижней части, с расположенными в верхней части емкости эжектором озоноводяной смеси, блоком датчиков уровня и деструктором озона, трубопровод подачи воды на очистку с установленным на нем запорным устройством, соединенный с эжектором озоноводяной смеси, трубопровод подачи воды на промывку с установленным на нем запорным устройством и соединенный с трубопроводом подачи воды на очистку и дренажно-распределительной системой, трубопровод отвода очищенной воды с установленным на нем запорным устройством, обводной трубопровод с установленными на нем насосом и запорным устройством, соединенный с дренажно-распределительной системой, трубопроводом отвода очищенной воды и озоноводяным эжектором, трубопровод отвода промывной воды, генератор озона с трубопроводом подачи озона, соединенным с эжектором озоноводяной смеси, и блок управления, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня, генератором озона, насосом и запорными устройствами, контактно-фильтровальная емкость под зернистой загрузкой из активированного угля снабжена поддерживающим гравийным слоем и эжектором промывки, дренажно-распределительная система расположена в гравийном слое, контактно-фильтровальная емкость снабжена в верхней части магистралью возврата остаточного озона, соединенной с трубопроводом подачи озона, и магистралью отвода воздуха, соединенной с эжектором промывки, а трубопровод подачи воды на промывку снабжен отводным трубопроводом с установленным на нем запорным устройством и соединенным с эжектором промывки, при этом в качестве запорных устройств используют электромагнитные клапаны.

Предпочтительно, что в качестве магистралей возврата остаточного озона и отвода воздуха используют гибкие силиконовые шланги.

Предпочтительно, что установку выполняют в блочном исполнении.

На чертеже приведено схематическое изображение установки для очистки воды.

Установка очистки воды фильтрованием содержит контактно-фильтровальную емкость 1 со слоем зернистой загрузки из активированного угля 2 и поддерживающим слоем гравия 3, в котором расположены дренажно-распределительное устройство 4 и эжектор промывки 5. В верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 расположены эжектор озоноводяной смеси 6, датчик уровня 7 и деструктор озона 8. Установка содержит озонатор 9, который через трубопровод подачи озона 10 соединен с эжектором 6. В верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 расположены магистраль возврата избыточного озона 11, соединенная с трубопроводом подачи озона 10, и магистраль отвода воздуха 12, соединенная с эжектором промывки 5. Установка содержит трубопровод подачи воды на очистку 13 с установленными на нем краном 14 и запорным устройством 15, соединенный с эжектором озоноводяной смеси 6 и трубопроводом подачи воды на промывку 16 с установленным на нем запорным устройством 17, соединенным с дренажно-распределительным устройством 4 и снабженным отводным трубопроводом 18 с установленным на нем запорным устройством 19 и соединенным с эжектором промывки 5.

Обводной трубопровод 20 с насосом 21 и запорным устройством 22 соединен с дренажно-распределительным устройством 4, эжектором озоноводяной смеси 6 и трубопроводом отвода очищенной воды 23 с установленными на нем запорным устройством 24 и краном 25. В верхней части контактно-фильтровальная емкость 1 соединена с трубопроводом отвода промывной воды 26. Блок управления работой установки 27 соединен электрическими связями с блоком датчиков уровня 7, генератором озона 9, насосом 21 и запорными устройствами 15, 17, 19, 22 и 24, установленными на трубопроводах подачи воды на очистку 13, подачи воды на промывку 16, отводном трубопроводе 18, обводном трубопроводе 20 и трубопроводе отвода очищенной воды 23 соответственно. В качестве запорных устройств использованы электромагнитные клапаны, а магистраль возврата избыточного озона 11, соединенная с трубопроводом подачи озона 10, и магистраль отвода воздуха 12, соединенная с эжектором промывки 5, выполнены из гибкого силиконового шланга.

Установка работает следующим образом.

В режиме очистки воды - фильтрации - блок управления установкой 10 включает озонатор 9 и запорное устройство - электромагнитный клапан 15, на трубопроводе подачи воды на очистку 13 открывают кран 14. Все остальные запорные устройства закрыты. Исходную воду по трубопроводу подачи воды на очистку 13 подают в эжектор озоноводяной смеси 6, создавая в нем разрежение, за счет которого из озонатора 9 в эжектор озоноводяной смеси 6 поступает образовавшаяся в процессе его работы озоновоздушная смесь. В эжекторе озоноводяной смеси 6 происходит смешение исходной воды, подаваемой на очистку, с озоном, полученная озоноводяная смесь поступает в контактно-фильтровальную емкость 1 и заполняет ее до задатчика верхнего уровня блока датчиков уровня 7, при замыкании которого электромагнитный клапан 15 закрывается и озонатор 9 выключается.

В контактно-фильтровальной емкости 1 за счет взаимодействия озона с химическими соединениями, содержащимися в исходной воде, подаваемой на очистку, происходит окисление катионов металлов (железо, марганец и др.), переход их в нерастворимые в воде соединения, деструкция органики и обеззараживание патогенной микрофлоры. При включении потребления очищенной воды открывают кран 25 и включают электромагнитный клапан 24 на трубопроводе отвода очищенной воды 23 и насос 20, при этом озонированная вода проходит последовательно слой зернистой загрузки из активированного угля 2 и поддерживающий слой гравия 3 и через дренажно-распределительное устройство 4 по трубопроводу отвода очищенной воды 23 поступает потребителю.

Фильтрация через слой зернистой загрузки из активированного угля позволяет извлечь взвешенные частицы нерастворимых в воде соединений, в частности солей тяжелых металлов, и удалить избыточный непрореагировавший озон из озоноводяной смеси. Непрореагировавший озон через магистраль возврата избыточного озона 11 поступает в трубопровод подачи озона 10 и в эжектор озоноводяной смеси 6 для повышения концентрации озона в озоноводяной смеси на выходе из эжектора 6, а также в деструктор озона 8, откуда удаляется в атмосферу. При понижении уровня воды в контактно-фильтровальной емкости 1 до задатчика нижнего уровня блока датчиков уровня 7 открывают электромагнитный клапан 15, включают озонатор 9, электромагнитный клапан 24 закрывают, цикл заполнения контактно-фильтровальной емкости 1 повторяется и новая порция исходной воды снова контактирует с озоном с целью очистки и обеззараживания.

За счет рециркуляции остаточного озона и повторного вовлечения его в процесс повышается глубина окисления химических соединений, содержащихся в исходной воде, что приводит к увеличению их способности задерживаться при последующем фильтровании.

По мере снижения качества очищенной воды за счет снижения фильтрационной способности активированного угля возникает необходимость его регенерации. Регенерацию осуществляют путем двухстадийной промывки - обратной и прямой - следующим образом.

Обратная промывка. Электромагнитные клапаны 15 и 24 закрыты, озонатор 9 выключен. Электромагнитный клапан 17 открывают. Исходную воду по трубопроводу подачи воды на очистку 13 и соединенному с ним трубопроводу подачи воды на промывку 16 через электромагнитный клапан 17 подают в дренажно-распределительную систему 4. Электромагнитный клапан 17 работает в циклическом режиме (открыт - закрыт), при котором периодически при закрытии повышается давление перед дренажно-распределительной системой 4, а при открытии за счет высокого давления происходит импульсное встряхивание уплотненного слоя активированного угля 2, что повышает эффективность регенерации. Промывная вода самотеком выводится из контактно-фильтровальной емкости 1 через трубопровод отвода промывной воды 26. Затем проводят водовоздушную промывку. Электромагнитный клапан 17 на трубопроводе подачи воды на промывку 16 закрывают, а электромагнитный клапан 19 на отводном трубопроводе 18 открывают. Исходная вода, подаваемая на промывку, проходит через электромагнитный клапан 19 и поступает в эжектор промывки 5, в котором создается разрежение, за счет чего из верхней части контактно-фильтровальной емкости 1 в эжектор промывки 5 по магистрали отвода воздуха 12, выполненной из гибкого силиконового шланга, поступает воздух. Происходит интенсивная промывка слоя активированного угля, при которой уровень воды в контактно-фильтровальной емкости 1 повышается и промывная вода вместе с отмытыми хлопьями железа, марганца и других загрязнений самотеком выводится из контактно-фильтровальной емкости 1 через трубопровод отвода промывной воды 26.

После проведения обратной промывки проводят прямую промывку, поскольку в контактно-фильтровальной емкости 1 остается исходная вода, которую перед подачей потребителю необходимо заменить на озонированную. При этом электромагнитный клапан 19 закрывают, электромагнитный клапан 22, установленный на обводном трубопроводе 20, открывают. Электромагнитные клапаны 15 и 17 закрыты. Озонатор 9 включают. Насос 21, установленный на обводном трубопроводе 20, соединенном с дренажно-распределительным устройством 4, через слой активированного угля 2, поддерживающий слой гравия 3 и дренажно-распределительное устройство 4 подает воду из контактно-фильтровальной емкости 1 через электромагнитный клапан 22 и эжектор озоноводяной смеси 6 в нее же. При этом в эжекторе 6 происходит смешение циркулирующей воды с озоном. В процессе прямой промывки отвод промывной воды из контактно-фильтровальной емкости 1 не производят, что позволяет сократить общий объем воды, идущей на промывку. После завершения прямой промывки установка готова к работе, что означает приведение всех ее элементов в положение для заполнения контактно-фильтровальной емкости 1.

Блочное исполнение установки позволяет смонтировать ее на одной раме, что существенно упрощает и ускоряет ее монтаж.

Использование в предложенной установке импульсной регенерации зернистой загрузки из активированного угля 2 за счет циклического режима работы электромагнитного клапана 17, а также эжектора промывки 5, установленного ниже зернистой загрузки из активированного угля 2 и обеспечивающего интенсивную водовоздушную промывку за счет рециркуляции выделенного в процессе промывки воздуха, позволяет повысить степень регенерации фильтрующей загрузки при одновременном сокращении расхода промывной воды. Кроме того, за счет рециркуляции первоначально непрореагировавшего с очищаемой водой озона снижаются затраты на его производство.

Таким образом, заявлена установка для очистки воды с повышенной степенью очистки воды за счет рециркуляции остаточного озона и повторного вовлечения его в процесс окисления с последующим фильтрованием озонированной очищаемой воды и повышенной степенью регенерации фильтрующей загрузки за счет эффективного восстановления (фильтрационных) сорбционных свойств активированного угля при одновременной экономичности за счет рециркуляции озона и сокращения расхода промывной воды.

Изобретение относится к области водоочистки и водоподготовки и может быть использовано для очистки питьевых, технических и сточных вод для хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения на фильтрующих установках, использующих совместно процессы озонирования и сорбции. Установка для очистки воды содержит контактно-фильтровальную емкость 1 с зернистой загрузкой из активированного угля 2 и дренажно-распределительной системой 4, эжектор озоноводяной смеси 6, блок датчиков уровня 7, деструктор озона 8, трубопровод подачи воды на очистку 13, трубопровод подачи воды на промывку 16, трубопровод отвода очищенной воды 23, обводной трубопровод 20, насос 21 и запорные устройства 15, 17, 19, 22, 24, трубопровод отвода промывной воды 26, генератор озона 9 с трубопроводом подачи озона 10 и блок управления 27, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня 7, генератором озона 9, насосом 21 и запорными устройствами 15, 17, 19, 22, 24. Контактно-фильтровальная емкость 1 под зернистой загрузкой из активированного угля 2 снабжена поддерживающим гравийным слоем 3 и эжектором промывки 5. Дренажно-распределительная система 4 расположена в гравийном слое 3. Контактно-фильтровальная емкость 1 снабжена в верхней части магистралью возврата остаточного озона 11, соединенной с трубопроводом подачи озона 10, и магистралью отвода воздуха 12, соединенной с эжектором промывки 5. Трубопровод подачи воды на промывку 16 снабжен отводным трубопроводом 18 с запорным устройством 19. Отводной трубопровод 18 соединен с эжектором промывки 5. Изобретение позволяет повысить степень использования озона и степень регенерации фильтрующей загрузки при одновременном сокращении расхода промывной воды. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для очистки воды, содержащая контактно-фильтровальную емкость с зернистой загрузкой из активированного угля и дренажно-распределительной системой, размещенными в ее нижней части, с расположенными в верхней части емкости эжектором озоноводяной смеси, блоком датчиков уровня и деструктором озона, трубопровод подачи воды на очистку с установленным на нем запорным устройством, соединенный с эжектором озоноводяной смеси, трубопровод подачи воды на промывку с установленным на нем запорным устройством, соединенный с трубопроводом подачи воды на очистку и дренажно-распределительной системой, трубопровод отвода очищенной воды с установленным на нем запорным устройством, обводной трубопровод с установленными на нем насосом и запорным устройством, соединенный с дренажно-распределительной системой, трубопроводом отвода очищенной воды и озоноводяным эжектором, трубопровод отвода промывной воды, генератор озона с трубопроводом подачи озона, соединенным с эжектором озоноводяной смеси, и блок управления, соединенный электрическими связями с блоком датчиков уровня, генератором озона, насосом и запорными устройствами, отличающаяся тем, что контактно-фильтровальная емкость под зернистой загрузкой из активированного угля снабжена поддерживающим гравийным слоем и эжектором промывки, нижняя дренажно-распределительная система расположена в гравийном слое, контактно-фильтровальная емкость снабжена в верхней части магистралью возврата остаточного озона, соединенной с трубопроводом подачи озона, и магистралью отвода воздуха, соединенной с эжектором промывки, а трубопровод подачи воды на промывку снабжен отводным трубопроводом с установленным на нем запорным устройством, соединенным с эжектором промывки.

2. Установка для очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве запорных устройств используют электромагнитные клапаны.

3. Установка для очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве магистрали возврата остаточного озона используют гибкий шланг.

4. Установка для очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве магистрали отвода воздуха используют гибкий шланг.

5. Установка для очистки воды по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что гибкий шланг выполнен из силикона.

6. Установка для очистки воды по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена в блочном исполнении.