сл
с
Сущность изобретения: биологический контактор заполнен загрузкой из гранул, содержащей слой, основанный на активированном угле, материал которого удовлетворяет следующим условиям: плотность от 0,18 до 0,32 г/см3, адсорбирующая способность четыреххлористого углерода от 60 до 120 мас,%, задержание четыреххлористого углерода менее 25 мас.% от адсорбированной массы четыреххлористого углерода, ме- тиленовый голубой: между 5 и 30 мл, размер частиц от 0,5 до 1,5мм, эффективный размер с коэффициентом однородности менее 2. Цикл промывки (только воздух: воздух плюс вода; только вода) контактора запускается, когда параметр, характеризующий популяцию водорослей в указанном слое, достигает заранее заданного порогового значения, 26 з.п. ф-лы, 16 ил.
Изобретение относится к устройствам и способам для очистки воды, предусматривающим использование слоя активного гранулированного материала для физической и биологической очистки воды, содержащей материалы во взвешенном состояний И/ИЛИ в растворе (частично органические). Это относится главным образом к получению питьевой воды.
Как хорошо известно, питьевую воду получают из воды, взятой из природной среды, например из водоемов в соседстве с городскими зонами, осуществляя различные виды обработки для осветления и очистки этой воды с тем, чтобы она удовлетворяла различным требованиям или стандартам физического, органолептического, химического и бактериологического характера.
Для достижения этой цели всегда требуется получать на выходе очистноой станции воду, которая имеет более высокое качество, чем требуют стандарты, с целью создания запаса надежности, тем более что качество воды может ухудшаться в сети распределения.
Обычный способ получения питьевой воды из воды, происходящей из природной среды, предусматривает, например, следующие приемы: свободную фильтрацию, при которой отделяются более грубые примеси, которые несет подлежащая очистке вода, предварительную обработку путем введения реагентов, за которой следуют флокуля- ция и осаждение с целью удаления
00
со
О СО
о
О
СО
материалов, находящихся в суспензии, песчаное фильтрование, при котором аммиак биологически нитрифицируется, а взвешенные примеси удаляются, введение озона (озонирование) для уничтожения бактерий и вирусов, фильтрование с помощью гранулированного активированного угля для удале- ния.органических материалов, хлорирование.
Известная фильтрация с помощью активированного угля в способе такого рода соответствует адсорбированию примесей на поверхности и в порах активированного угля - это влечет за собой периодическую регенерацию насыщенного .активированного угля термическими или химическими средствами.
Недавно было предложено использовать активированный уголь при производстве воды для обеспечения дальнейшего биологического разложения биодеградиру- емых органических материалов путем их потребления бактериями, удерживаемыми в аэробной среде в гранулированном активированном угле в виде слоя. Это означает попытку заставить активированный уголь выполнять дополнительную функцию, в частности функцию биологического носителя.
Такое биологическое применение активированного угля еще находится в зародышевом состоянии, и в настоящее время отмечается тенденция к определению рабочих условий для биологического слоя такого рода только по аналогии, где это возможно, со слоями, используемыми для обычных фильтрующих слоев (например, слоев с использование песка).
Это применяется в частности для известных способов промывки.
Удержание фильтрующим слоем из песка материалов в суспензии в подаваемой воде приводят к забиванию промежутков между гранулами, что увеличивает потерю напора через фильтрующий слой, поэтому необходимо периодически очищать песок. Для выполнения этого известно создание циркуляции в песке направленного вверх потока воздуха или воды с целью отделить примеси, а затем путем промывки удалить эти примеси переливом. Было даже предложено в некоторых случаях вдувать воздух и воду одновременно.
Применение процедуры промывки такого рода к слою, содержащему гранулы активированного угля, влекущее за собой одновременное вдувание воздуха и воды, обычно рассматривается как нежелательное из-за истирания гранул, что приводит к быстрому износу гранул из активированного угля и к их значительным потерям при их увлечении через переливной порог. Поэтому обычно активированный уголь не применяется для промывки, включающей любой такой смешанный вид впрыска (воздух плюс вода), и что оптимизация рабочих условий
для слоя биологического активированного угля обязательно должна исключить любую такую смешанную (воздух плюс вода) фазу впрыска в пользу вдувания только воздуха И/ИЛИ вспрыскивания воды.
0 Изобретение в частности направлено на оптимизацию этих рабочих условий в биологическом варианте, что привело к необходимости определения условий, которые должны быть выполнены с помощью грану5 лированного материала, образующего биологический слой (обычно, но не обязательно, основанный на активированном угле), для создания крепкого биологического носителя, приспособленного для того,
0 чтобы способствовать необходимому росту популяций бактерий, частоты, с которой промывается биологический слой, этапов последовательности промывки противотоком.
5функция биологического слоя этого рода не только заключается в фильтровании, но и, более важно, но введении бактериальной популяции в контакт, с органическим субстратом, содержащимся в воде, кроме
0 того, промывка биологического слоя такого рода не имеет тех же целей, что и промывка обычного фильтрующего слоя, и обе операции промывки соответствуют различным физическим реальностям, именно по этой
5 причине кажется более уместным называть биологические контакторы, а не фильтры.
Изобретение базируется на удивительном открытии, заключающемся в том, что было возможно найти активный гранулиро0 ванный материал, такой же активированный уголь или материал, основанный на активированном угле, который обеспечивает компромисс между требованиями о том, что на первый взгляд кажется несовместимым, а
5 именно: быть пригодным для использования в качестве биологического носителя для бактериальной популяции, при этом являясь пригодным для промывки с тем, чтобы отделить и удалить нежелательные матери0 алы и организмы с малой линейной скоростью воздуха И/ИЛИ воды (что является выгодным с точки зрения энергии и с точки зрения истирания).
В дополнение к характеристике матери5 алатакого рода изобретением предлагается эффективный способ промывки, который не . приводит к какому-либо нежелательному износу гранулированного материала.
Им также предлагается параметр, присущий биологическому контактору, который
может быть использован для тщательного управления выпуском циклов промывки, несмотря на колебания в окружающей среде и в частности в окружающей температуре.
С этой целью изобретением предлага- ется биологический контактор для очистки, служащий для получения питьевой воды, содержащий бак со слоем из гранул и имеющий днище, наверху которого расположено фильтровальное днище, и боковую стенку с верхней кромкой, образующей выступ для перелива, устройство для подачи воды, подлежащей обработке, к верхней части бака, устройство для удаления обработанной воды из-под днища бака, устройство для вве- дения под давлением промывкой воды и устройство для введения под давлением очищающего воздуха под фильтрующее .днище, отличающийся тем, что слой из гранул содержит слой на базе активированного угля, являющегося материалом, который удовлетворяет следующим требованиям:
плотность в пределах от 0,18 до 0,32 г/см3,
поглощающая способность четыреххло- ристого углерода от 60% до 120% по массе,
удержание четыреххлористого углерода менее чем 25 мас.% поглощенной массы четыреххлористого углерода,
метиленовый голубой от 5 до 30 мл,
размер частиц от 0,5 до 1,5 мм эффективный размер, с коэффициентом равномерности менее 2.
Бак, кроме того, снабжен устройством для управления во времени параметром, пропорциональным популяции водорослей в указанном подслое, связанным с устройством запуска, получающим сигналы измерения от устройства управления и связанным с устройствами ввода поддавле- нием воды в воздухе, с тем, чтобы запускать цикл промывки (только воздух, воздух плюс вода, только воздух), когда характерный параметр достигает заранее заданного порога установленного значения.
Согласно предпочтительным признакам изобретения, некоторые из них могут комбинироваться.
материал:
Материал, образующий слой из гранул, удовлетворяет следующим условиям: плотность в пределах от 0,18 до 0,26 г/см 3, поглощающая способность тетрахлорида углерода в пределах от 70 до 120%, удержание четыреххлористого углерода в пределах от 15 до 25% по массе поглощенной массы четыреххлористого углерода, метиленовый голубой : от 18 до 30 мл.
Материал, предпочтительно отвечающий следующим условиям: плотность от
0,19 до 0,24 г/см3, поглощающая способность четыреххлористого углерода от 80 до 110%, удержание четыреххлористого углерода от 15 до 20% по массе поглощенной массы четыреххлористого углерода, метиленовый голубой: от 20 до 30 мл, фактически весь указанный слой из гранул состоит из указанного подслоя материала из гранул, который имеет эффективный размер от 0,5 до 1 мм.Материал, имеющий эффективный размер от 0,5 до 0,8 мм с коэффициентом однородности ниже 1,9.
Материал, выбранный с эффективным размером от 0,6 до 0,8 мм с коэффициентом однородности ниже 1,8.
Указанный слой из гранул содержит подслой песка под указанным слоем активного гранулированного материала, который выбирают с эффективным размером от 1 до 1,5 мм с коэффициентом однородности ниже 1,6 и эффективным размером песка от 0,5 до эффективного размера активного материала, предпочтительно от 0,5 до 1 мм.
Гранулированный материал имеет эффективный размер от 1 до 1,5 мм с коэффициентом однородности менее 1,5.
Гранулированный материал имеет эффективный размер от 1,1 до 1,3 мм с коэффициентом однородности ниже 1,4.
Материал, представляющий собой активированный уголь.
Популяция водорослей: устройство для управления популяцией водорослей в указанном слое содержит датчики давления, расположенные на двух измерительных уровнях в верхней части указанного слоя, и приспособленные для измерения потери напора воды, проходящей между указанными двумя уровнями, эти датчики соответственно размещены приблизительно на поверхности раздела вода/слой и на глубине между 10 и 30 см.
Днище бака содержит сопла, головка которых имеет вертикальные щели шириной 0,4 мм.
Изобретением также предлагается способ управления биологическим контактором, содержащим слой из гранул, заключающий в себе подслой и на основе активированного угля, приспособленного для обеспечения очистки при производстве питьевой воды, при этом способе материал, образующий слой из гранул, выбирается так, чтобы удовлетворить следующим условиям: плотность от 0,18 до 0,32 г/см3, поглощающая способность четыреххлористого углерода от 60 до 120% по массе, метиленовый голубой: между 5 и 30 мл, размер частиц от 0,5 до 1,5 мм, эффективный размер с
коэффициентом однородности ниже 2, подлежащая переработка вода приводится в движение кверху с линейной скоростью ниже 45 м/ч, с тем, чтобы достичь время контакта с пустым слоем (вода в контакте со слоем) не менее 5 мин, - например, параметр, характеризующий популяцию водорослей в слое, регулируется, цикл промывки запускается, когда этот параметр достигает заранее заданного порогового значения, при этом данный цикл содержит следующие этапы после прекращения подачи воды, подлежащей обработке; - опускание уровня воды не более чем до верха слоя гранул, вдувание воздуха по системе противопото- ка пои кажущейся скорости менее 80 нм3/ч м2, по крайней мере до появления пузырьков на поверхности; вливание под давлением дополнительной воды с видимой скоростью от 15 до 50 м/ч до подъема водной поверхности до уровня перелива в кон- такторе, при этом вдувание воздуха продолжают по крайней мере в течение 30 с, но прерывают до того, как уровень воды достигнет уровня перелива; промывка водой методом перелива в течение 5-20 мин при скорости воды в пределах 8 - 59 м/ч; введение воды под давлением противотоком останавливается, и контактор вновь за- питывается подлежащей обработке водой.
Согласно другим предпочтительным признакам настоящего способа по данному изобретению некоторые из них могут быть скомбинированы.
Фактически весь слой образован указанным подслоем, поэтому после каждого цикла промывки вода, покидающая контактор, сбрасывается в течение заранее заданной длительности. Эта заранее заданная длительность превышает 20 мин. Параметр, характеризующий популяцию водорослей в слое, представляет собой потерю напора, замеренную через по крайней мере верхнюю часть слоя из гранул между двумя измерительными уровнями под верхней поверхностью указанного подслоя. Потеря напора измеряется между примерно верхом подслоя из гранул и уровнем на глубине в пределах 10-30 см. Заранее заданный порог соответствует потере напора от 5 до 20 см на 10 см глубины подслоя между указанными измерительными уровнями, скорость ввода воздуха под давлением является постоянной до и после дополнительного введения воды под давлением, кажущаяся скорость ввода воздуха под давлением составляет от 10 до 40 Н,и/ч м , эта кажущаяся скорость составляет, примерно от 20 до 30 Нм /ч м2, эта кажущаяся скорость ввода под давлением приблизительно равна 20 Нм /ч
м, введение только воздуха под давлением продолжают в течение 1-4 мин, скорость введения воды под давлением составляет от 5 до 10 м/ч, скорость введения воды под
давлением составляет примерно от 8 до 9 м/ч, введение воздуха под давлением прерывают на срок до 90% длительности, при которой поднимается уровень воды.
На фиг. 1 изображен блок схема установ0 ки для получения питьевой воды, содержащей биологический контактор .на стороне выхода песчаного фильтра, на фиг.2 - вид в вертикальном поперечном сечении, биологического контактора установки по фиг. 1, на
5 фиг.З - частичный вид его в продольном разрезе, на котором показано днище фильтра биологического контактора, на фиг.4-8 -схематические виды, соответствующие пяти последовательным фазам цикла промыв0 ки для биологического контактора с фиг.2, на фиг.9 - блок-схема другой установки для получения питьевой воды, содержащей биологический контактор, заменяющий песчаный фильтр, на фиг.10 - блок-схема
5 фильтровальной подсистемы другой установки для получения питьевой воды, содержащей биологический контактор, включающий в себя фильтрующий слой из песка, на фиг.11-15 - схематические виды, соответствующие пяти
0 последовательным фазам цикла промывки для биологического контактора с фиг. 10, на фиг. 16 - запись диаграммы для различных температур с показом потери напора через 10 см слой верхней части основного слоя с фиг,2
5 против скорости фильтрования.
На фиг.1 показаны схематически главные этапы обработки, примененные последовательно по отношению к воде, выбираемой из природной среды, для пол0 учения из нее питьевой воды,
Первый этап (2) является этапом физического отделения, посредством которого вода в данном случае забирается из реки 1, освобождается от крупных предметов, кото5 рые она несет.
Второй этап (3) заключается во введении под давлением различных веществ для предварительной обработки. На практике вводят озон под давлением (с расходом 0,8
0 г/м, например), что способствует осветлению воды при одновременном удалении вирусов. Имеется также введение под давлением фло- кулирующего вещества (полихлорида алюминия, например), коагулирующего вещества и
5 возможно, порошкообразного угля для уменьшения загрязнения воды.
Воду затем пропускают через этап физико-химической обработки, содержащей бак для коагуляции - флокуляции 4 и затем бак-отстойник 5.
Вода из бака-отстойника затем пропускается через бак с песчаным фильтром б для удаления взвешенных материалов.
Эти материалы включают в себя например, речной песок, и кажущаяся скорость фильтрования для потока вниз потечениею составляет около б м/ч. Бак 6 оборудован механизированным оборудованием (не показано) для промывки песка методом обратного потока (с использованием воздуха и воды, текущих к верху).
Затем впрыскивают озон в профильтрованную воду (7), которая затем течет вниз через биологический контактор 8.
На выходе из биологического контактора, воду целесообразно пропустить через регулятор протока, показанный на фиг.2, и затем ее хлорируют (9). После этого она готова для подачи в сеть распределения питьевой воды (не показана).
Как видно из фиг.2, биологический контактор 8 содержит бак 10 (также называемый бассейном), который имеет днище 11. сообщающееся с помощью отверстия 11А с каналом отвода профильтрованной воды 12 (в этом случае он находится ниже бака 10), и стенки 13, в верхней части которого имеют кромки перелива 14, вдоль которых предусмотрены отводные каналы 15. На практике предусмотрен ряд смежных баков, разделенных этими каналами.
Выше днища 11 бака 10 расположено фильтрующее дно 16, на которым размещен слой 17 из активного гранулированного материала, т.е. материала, пригодного для создания биологической среды для популяций бактерий. Так как имеется только один такой слой в данном случае, контактор 8 относится к типу однослойных. Этот слой имеет толщину от 1 до 3,5 м, предпочтительно от 1,5 до 3,5 м и целесообразно около 2,5 м.
Выше слоя 17 имеются сифоны 18, через которые входит отфильтрованная и озонированная вода. В этом случае сифоны расположены выше уровня кромок 14 стенок бака 10, в них подается воздух без давления из производственного агрегата 19.
Ниже дна фильтра 16 имеются отверстия 20 в стенках бака для ввода под давлением сжатого воздуха, подаваемого от компрессора 21 через клапан 21 А.
От канала отфильтрованной воды отходит труба 22, которая сообщается через клапан 23 (нормально закрытый вне циклов промывки) с центром промывки водой 24, через клапаны 25 и 25А (нормально закрытые во время циклов промывки) с остальной частью установки для обработки воды, подлежащей обработке и через клапан 26 (открытый только сразу после циклов промые- ки) с дренажной трубой 27.
Отфильтрованная вода, покидающая канал 12 через клапан 25, проходит через ре- 5 гулятор протока сифонообразного типа 28. управляемый вакуумной системой (не показана), у основания которого предусмотрена широкая труба 29 для отфильтрованной воды, сообщающаяся через не показанный
0 трубопровод с зоной хлорирования 9 с фиг.1.
Как показано на фиг.З, фильтрующее днище 16 образовано единой непористой густой массой в виде слоя 30. через который
5 проходят сопла для ввода под давлением 31. Последние содержат головки 32 большего поперечного сечения, чем сами сопла, в этом варианте выполнения они являются цилиндрическими, и их боковая стенка
0 снабжена узкими продольными (вертикальными) щелями 33 (шириной 0,4 мм с учетом гранулированного материала, выбранного для применения согласно настоящему изобретению).
5 Например, головки сопл имеют наружный диаметр 50 мм и высоту 25 мм, а щели имеют длину 19 мм.
Сопла открыты в данной части (34), чтобы позволить воде подниматься по ним, и их
0 стенка содержит по крайней мере одно узкое отверстие радиального типа для распределения воздуха 35, через которое проходит воздух, вдуваемый через перфорированные трубки с фиг.2. На конфигурации с фиг.З
5 воздух и вода поэтому вводятся одновременно.
Активный гранулированный материал, образующий загрузку 17 однослойного контактора 8 (предпочтительно гранулирован0 ный активный уголь), выбирают так, чтобы он удовлетворял следующим требованиям. Плотность: от 0,8 до 0,32 г/см3, предпочтительно от 0,18 до 0,26 г/см или целесообразно от 0,19 до 0,24 г/см3.
5 Четыреххлористый углерод (ССМ) с поглощающей способностью, от 60 до 120 мас.%, предпочтительно от 70 до 120% или целесообразно от 80 до 110%.
Удержание четыреххлористого углеро0 да: менее 25% по массе поглощенного ССЦ, предпочтительно от 15 до 25% или целесообразно от 15 до 20%.
Метиленовый голубой: от 15 до 30 мл, предпочтительно от 18 до 30 мл или целесо5 образно от 20 до 30 мл.
Размер частиц: эффективный размер от 0,5 до 1 мм, предпочтительно от 0,5 до 0,8 мм или целесообразно от 0,6 до 0,8 мм.
Коэффициент однородности менее 2, предпочтительно менее 1,9 или целесообразно менее 1,8.
Этот материал представляет собой, например, гранулированный активированный уголь.
Следует отметить, что активные гранулированные материалы, удовлетворяющие указанным условиям, в частности в случае гранулированного активированного угля, пригодны к промывке без истирания (несмотря на значительное циклическое перемешивание, которому они подвергаются, циклы промывки ведут только к медленному получению размеров частиц с относительно малым уменьшением мелких частиц, приводя к загрязнению И/ИЛИ забиванию фильтра и его фильтрующего днища) - это благоприятствует длительному сроку службы (обеспечивает длительный срок службы).
Указанные условия могут быть проанализированы следующим образом. Плотность активного гранулированного материала должна быть достаточно малой для того, чтобы позволить эффективную промывку противоточного типа с использованием минимума энергии. Поглощающая способность CCU характеризует общую пористость материала, а показатель удержания CCI4 характеризует фракцию более мелких пор (углерод с показателем удержания 100% поэтому должен быть иметь только микропоры). Тот факт, что указывается менее 25% задержания, позволяет указать, что значительная пропорция пор больше, чем микропоры, в связи с чем считается, что они не очень способствуют или совсем не способствуют фиксации бактерий. Метиле- новый голубой характеризует способность углерода фиксировать молекулы с относительно большими размерами, выбор от 15 до 20 мл соответствует высокой величине (активированный уголь, который обычно используется в классической обработке, имеет показатель около 10). Эффективный размер дает размер в 10% (по массе) самых мелких гранул. Коэффициент однородности указывает форму кривой распределения размера частиц, так как он представляет собой соотношение размера 40% отходов к размеру 90% отходов (коэффициент 1 соответствует частицам точно того же размера).
На фиг.4-8 показана последовательность промывки, примененная к однослойному контактору 18, она содержит следующие этапы, после того как закончена подача воды через сифоны 18:
- снижение поверхности воды (фиг.4) до примерно минимального уровня с верхней
частью активного гранулированного материала слоя 17,
-аэрирование кверху (более точно - барботирование(фиг.5) путем ввода воздуха
под давлением через трубы 19, причем этот воздух поступает от компрессора 21 при открытом клапане 19А,
-вводимая под давлением кверху смешенная (воздух плюс вода) фаза (фиг.6) при
0 этом клапаны 19А и 23 открыты, а клапаны 25 и 26 закрыты,
-поднятие уровня воды до точки перелива (фиг.7), при закрытых клапанах 19а, 25 и 26,
5 - фаза дополнительной промывки водой, при поддержании перелива.
Несмотря на известный опыт, который рекомендует не использовать одновременный ввод воздуха и воды, что вызывает зна0 чительные энергетические затраты на перемешивание, было обнаружено, что по сравнению с введением под давлением только воздуха или воды, смешанная (воздух плюс вода) вводимая под давлением фа5 за создает улучшенное высвобождение материалов, находящихся в суспензии .в подлежащей обработке воде, которые были отделены с помощью фильтра, и видимое улучшение общего конечного качества (рас0 ход хлора). Поэтому это свойство способствует достижению положительного эффекта. В ходе этой смешанной вводимой под давлением фазы скорость введения под давлением воздуха потока кверху, меньшая чем
5 80 Нм /ч-м , на практике выбирается между 10и40Нм3/ч-м2.
Она составляет предпочтительно от 20 до30 Нм /ч-м . Меньшая скорость(10 Нм /ч м2) не всегда достаточна для обеспечения
0 соответствующего удаления загрязнений слоя 17, в то время как более высокие скорости (от 40 до 50 Нм3/ч-м2) могут в некоторых случаях привести к истиранию гранулированного материала слоя, к силь5 ному замутнению при повторном начале фильтрования после промывки и к длительному ухудшению работы контакторов. Величина около 20 Нм /ч-м может оказаться оптимальной для большинства случаев, так
0 как это также приводит к минимальному расходу хлора профильтрованной водой.
Скорость ввода воды под давлением одновременно с воздухом предпочтительно выбирается между 5 и 10 м/ч, целесообраз5 но от 8 до 9 м/ч, и на практике примерно 8 м/ч.
Что касается длител ьности такого ввода смеси под давлением, было обнаружено, что количество материала в суспензии прямо пропорционально ей при уровне ниже 10
мин. Эта длительность выбирается более 30 с - на практике выбирают значительную долю, меньше 90% времени для подъема уровня воды до переливов 14. Поэтому введение воздуха под давлением прерывают до того, как поверхность воды достигает этих кромок перелива, что прекращает барботирова- ние и снижает опасность увеличения гранул. Время предпочтительно менее А мин, в частности по причинам расхода энер- гии. На практике его выбирают между 90 с и 3 мин, предпочтительно примерно от 90 с до 3 мин для скорости ввода воздуха под давлением 30 Нм /ч-м .
Предварительный ввод под давлением только воздуха в течение продолжительности, по крайней мере достаточной для появления пузырьков на поверхности, улучшает удаление материалов, находящихся в суспензии, отделенных с помощью слоя без увеличения потерь гранулированного материала. По практическим причинам этот ввод под давлением целесообразно осуществлять при той же самой скорости, что и во время последующей фазы ввода поддавле- нием в смеси, т.е. от 20 до 30 Нм3/ч-м2. Ее практическая длительность зависит на практике от времени, которое требуется компрессору 21. чтобы набрать мощность, длительность при постоянных максималь- ных условиях предпочтительно меньше, чем при фазе ввода под давлением в смеси, и на практике составляет от 30 до 90 с, предпочтительно от 45 до 60 с..
По практическим причинам остаточная фаза, при которой уровень воды поднимает- ся до условия перелива, осуществляется с такой же самой скоростью воды, что и применяемая для ввода под давлением в смеси, ее длительность зависит от расстояния, ко- торое должен пройти уровень ввода до уровня кромок перелива 14 после прекращения ввода воздуха.
Последующая промывка при условиях перелива предпочтительно осуществляется при скорости большей, чем скорость фазы, вводимой под давлением в смеси, выбираемой на практике между 8 и 50 м/ч, она предпочтительно составляет от 15 до 25 м/ч (и целесообразно равна 16 м/ч). Более низ- кие скорости могут иногда быть недостаточными для удаления всех материалов в суспензии, отделенных от гранулированного материала, образующего слой 17, и более высокие скорости могут иногда вызывать излишнюю потерю гранулированного материала.
Время промывки целесообразно иметь 10-20 мин. предпочтительно между 10 и 12 мин. Эта величина должна бы казаться достаточной в некоторых случаяхдля удаления материала в суспензии, в то время как при продолжительности более 20 мин происходит излишнее возрастанию количества предварительно профильтрованной воды, расходуемой для целей промывки.
Например, при использовании фильтра со слоем активированного угля (удовлетворяющим самым узким предпочтительным условиям) с глубиной 1,5 м и площадью поверхности 117 м2, условия промывки (при .которых подлежащая фильтрации вода обычно проходит со скоростью 9-10 м/ч) определяются следующим образом: 2 мин 30с для компрессора, чтобы набрать режим нагрузки, 60 с. только с воздухом при 30 Нм (что поэтому соответствует общей длительности ввода воздуха под давлением 3 мин 30 с), 1 мин 30 с до 2 мин с воздухом приЗОНм /чм и с водой при 8 м/ч, промывка методом перелива в течение 20 мин при скорости 24 м/ч.
Каждый цикл промывки приводит ко временному ухудшению воды, полученной всякий раз, когда фильтрация возобновляется, в выражениях количества материалов в суспензии, потребности в хлоре и количестве утечки микроорганизмов. Это происходит потому, что в конце промывки в баке фильтра остается некоторое количество промывной воды, которая пойдет перед профильтрованной водой, когда фильтрация возобновляется.
Для смягчения этого недостатка целесообразно избегать увлечения в направлении вниз по потоку этой порции, которая остается в ловушке в баке в конце промывки, с этой целью предлагается (фиг.7) непосредственно сливать (путем открывания только клала нов 25 и 26) воду, покидающую слой 17 и в первые полчаса или даже в первый час (на практике обычно менее 2 ч) после возврата к условиям фильтрации. В качестве альтернативы этому порция удерживается мелким слоем из гранул, лежащим под активным гранулированным материалом. Эта вода может также быть возвращена в цикл, но это имеет малую экономическую выгоду.
Вместо начала циклов промывки при фиксированных интервалах, как может быть сделано с песчаными фильтрами, изобретением предлагается управлять присущим биологическому контактору параметром, с тем, чтобы управлять циклами промывки не слишком рано и не слишком поздно, невзирая на колебания протока воды, подлежащей обработке и в окружающей среде (в температуре воды, в частности).
Было обнаружено, что можно управлять циклами промывки на основе потери напоpa, зарегистрированной под верхней поверхностью активного гранулированного слоя через по крайней мере часть его глубины.
Необходимо отметить, что промывка биологического контактора не имеет основ- ной целью удаление взвешенных материалов, отделяемых фильтром, результатом чего явилось бы физическое засорение фильтра (как в фильтровальном слое), а здесь регулирование жизни бакте- рий внутри слоя 17-- требуется избежать появления популяций высших форм жизни, видимых для простого глаза (наяды, дафнии, моллюски и т.д.).
В этом смысле промывка биологическо- го контактора не является операций такого же вида, что и промывка обычного фильтрующего слоя, например песчаного.
Подробный анализ биологической жизни в биологическом контакторе этого ро- да показал, что изменению в форме жизни предшествует появление водорослей, ответственных за локализацию и временное засорение биологического слоя 17. Поэтому достаточно контролировать появление воз- растающего засорения (и связанной с ним возросшей потерей напора) с целью своевременного решения о моменте начала цикла промывки).
Приведенный анализ показал, что в от- фильтрованной через песок и озонированной воде может существовать флора, главным образом содержащая водоросли, в то время как на поверхности активированного угля имеет место тенденция развития фауны, содержащей например. Potit era (микроорганизмы) и Annelida (микроорганизмы), которые присутствуют в течение всего года в различных пропорциях и количествах. Водоросли образуют пищу для вы- шеукззанных микроорганизмов.
Эти водоросли (например, syoedra) находятся в виде длинных нитей, которые откладываются на верху слоя и препятствуют проходу воды.
Поэтому полезно регулировать популя: цию водорослей с помощью любых пригодных средств и управлять промывкой, когда эта популяция переходит заранее установленный порог. Предпочтительным методом для управления этой популяцией является измерение связанных с этим потерь напора.
Преимущество этого изобретения заключается в том, что оно позволяет определить единственный параметр, характеризующий две возможные причины, оправдывающие промывку (физического засорения и перспектива возникновения форм высшей жизни).
Потеря напора в целесообразном варианте замеряется под свободной поверхностью активного гранулированного материала через по крайней мере часть глубины фильтрующего слоя (между 0,5 и 20%), в данном случае с использованием двух датчиков давления 36 и 37, образующих вместе систему для управления популяцией водорослей. Они передают сигналы измерения на триггерную систему 38, приспособленную для управления в соответствующей последовательности средствами 21 и 24 (например, микрокомпьютер любого пригодного типа).
Учитывая характеристики, требуемые от активного гранулированного материала, порог потери напора для запуска промывки целесообразно выбирать между 5 и 20 см на 10 см глубины.
Например, потеря напора измеряется между 0 и 10см глубины, при этом датчик 37 расположен в воде как раз над базовым слоем.
На фиг.16 показаны значения минимального порога напора АР после предварительной промывки в условиях установившегося состояния и в отсутствие любой водоросли (чистый материал). На этой фигуре приводятся, при различных рабочих температурах, значения потери напораАР для 10-сантиметрового слоя от верха в качестве функции средней скорости фильтрации V, выраженной в м/ч. Эти величины соответствуют слою, в котором этот материал имеет эффективный размер в 0,9 мм и пористость 0,5, и они выражаются в см вод.ст. Эти значения всегда меньше 5 см, что является оправданием для произвольного порога в 5 см, ука- занного ранее, - только ниже 5 см начинается засорение водорослями.
На фиг.9 показан альтернативный вариант осуществления установки с фиг.1, на котором, при всех остальных равных вещах, песчаный фильтр удаляется и вода из бака- отстойника, в которую был введен под давлением озон, вводится под давлением непосредственно в биологический контак- vop 40 того же типа, что и биологический контактор 8 с фиг.1-3.
Последовательность промывки относится к тому же типу, что и на фиг.4-8, с теми же самыми диапазонами численных значений. Циклы промывки запускаются таким же образом, как пояснено выше.
На фиг.10 показан еще один вариант выполнения установки с фиг.1, в котором, при всех равных вещах, сочетание баков 6 и 8 заменяется биологическим контактором смешанного типа (или двухслойным) 50, подобным биологическому контактору 8 с фиг.1-3, за исключением того, что фильтрующий слой 51 был добавлен над дном фильтра 16 под гранулированным материалом слоя 171. Это соответствует например, существующему фильтру, который был превращен в биологический контактор.
В случае двухслойного биологического контактора активный гранулированный материал, выбранный для слоя 171 ( предпочтительно гранулированный активированный уголь), отличается от предварительно описанного в отношении его размеров частиц: эф- фективный размер 1-5 мм, предпочтительно 1-1,4 мм или целесообразно 1.2-1,3 мм, коэффициент однородности менее 1,6, предпочтительно менее 1,5 или целесообразно менее 1,4.
Гранулированный слой под этим активным гранулированным материалом выбирают так, чтобы он соответствовал материалу подслоя 171 и геометрии фильтра. Он имеет размер частиц предпочтительно от 0.5 до 2 мм (например, эффективный размер 0,7 мм и коэффициент однородности 1.3). Это может быть, например, речной песок.
Соответствующие последовательности промывки, показанные на фиг.11 и 15, подо- бны последовательностям с фиг.4-8, при этом на фиг. 14 и 15 показаны две последовательных фазы этапа, показанного на фиг.7 в частности, этапа, при котором уровень воды поднимается (фиг. 14) и этапа перелива (фиг. 15). Фаза слива первой фильтрационной воды после самого цикла промывки, как показано на фиг.8, является совсем не необходимой в этом случае, так как лежащий ниже подслой 51 может быть достаточным для за- держивания содержания примесей в суспензии в промывной воде, остающейся в базовом слое 171, когда промывка прекращается до команды на дополнительную подачу озонированной воды из бака-отстойника.
Очевидно, что предшествующее описание было приведено только в качестве неограничивающего примера и возможны многочисленные его модификации, выполненные специалистами в данной области Ьез отхода от объема изобретения.
Учитывая выбранный материал, скорость, при которой подлежащая обработке вода проходит затем через контактор, на практике ниже 45 м/ч, предпочтительно 4- 45 м/ч, например 15-20 м/ч.
Данный материал может быть заменен маленькими шариками из любого соответствующего материала, покрытого активированным углем.
Другие параметры могут быть выбраны для управления ростом популяции водорослей - можно измерять концентрацию хлорофилл А или концентрацию феопигментов, или прямым подсчетом (микроскоп, счетчик
и т.д.) или косвенным подсчетом (цвет, мутность и т.д) клеток водорослей.
Формула изобретения 1. Очистной биологический контактор для получения питьевой воды, включающий бак, заполненный гранулированной загрузкой, содержащей гранулированный слой из материала на основе активированного угля, и содержащий днище , над которым расположено днище фильтра, и боковую стенку с верхней кромкой, образующей переливной край, устройство для подачи воды, подлежащей обработке, к верхней части бака, устройство для удаления обработанной воды из-под днища бака, устройство для введения под давлением промывной воды и устройство для введения под давлением промывного воздуха под днищем фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса очистки, гранулированный слой выполнен из материала на основе активированного угля, имеющего следующие характеристики: плотность 0,18-0.32 г/см3, поглощающая способность четыреххлористого углерода 60%-120 мас.%, задерживающая способность четыреххлористого углерода меньше 25 мас.% от адсорбированной массы четыреххлористого углерода, метиленовый голубой 5-30 мл, размер частиц 0,5-1,5 мм, эффективный размер с коэффициентом однородности ниже 2, бак снабжен устройством для управления во времени параметром, характеризующим популяцию водорослей в указанном слое, связанным с триггерным устройством, получающим измерительные сигналы от управляющего устройства и связанным с устройствами ввода под давлением воды и воздуха.
слое, содержит датчики давления, расположенные на двух уровнях измерения над свободной верхней поверхностью слоя, предназначенные для измерения потери напора воды, проходящей между двумя указанными уровнями.
22,Способ по п.21, отличающийся тем, что указанная кажущаяся скорость находится в пределах примерно 20-30 Нм3/ч.мА
Я-26
ta
25
да под давлением приблизительно равна 20 HMJ/4.M. .
фа г. 2
iHgrmj
fjfjfjff
ь о о г SSSJ
SSSSSSSSJttsjQ
f ffjjsstfj jf:{
ЈE
ffi&fSSfJ-J J fJ c fSSSSSSSSfSfS,
ч
9
OOC9C81
в f
Д Р10 cm
з ..
а 1 - 9
ю
V m/h
/
is
го
as
ао
Фн г.16
