Модульная станция водоподготовки с комплексным обезжелезиванием и резервуаром чистой воды
Полезная модель предназначена для комплексного обезжелезивания подземных вод, содержащих различные формы железа, относится к устройствам для обеспечения населения водой питьевого качества в сельской местности и может быть использована в коттеджных поселках, садоводческих товариществах, поселках и иных населенных пунктах.
Полезная модель состоит из системы подачи воды из скважины, выполненной в виде обвязочных трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов, скважинного насоса первого подъема, узла обезжелезивания, состоящего из линии аэрации, включающей напорный фильтр механической очистки с аэрационной колонной и водовоздушным эжектором; системы автоматического управления расходом и давлением воды; резервуар для накопления воды; и размещенная в транспортируемом контейнере, а в линию аэрации встроен дозатор воздуха, механический фильтр заменен на фильтр мешочного типа, отделен от аэрационной колонны, смонтирован отдельным узлом и размещен перед аэрационной колонной, в узел обезжелезивания дополнительно после аэрационной колонны встроены: устройство для дезинфекции с дозирующим насосом и двумя линиями ввода дезинфицирующего реагента в линию подачи воды, один ввод соединен с трубопроводом подачи воды после аэрационной колонны для окисления железа, а другой ввод соединен с трубопроводом на выходе после финишного фильтра для обеззараживания очищенной воды и фильтр-деферризатор с загрузкой из диоксида марганца для доокисления и удаления осажденного железа с автоматическим блоком управления; фильтр-умягчитель с ионообменной смолой, автоматическим блоком управления и емкостью для регенерации фильтра; фильтр финишный сорбционный с активированным углем и автоматическим блоком управления; резервуар чистой воды из полимерного материала с поплавковым выключателем электромагнитного клапана подачи чистой воды и насосной станции второго подъема с частотным регулятором; при этом основные блоки очистки воды станции расположены в следующей последовательности: скважинный насос первого подъема с реле для регулирования давления скважинного насоса, фильтр механической очистки, дозатор воздуха, аэрационная колонна с водовоздушным эжектором, устройство для дезинфекции, фильтр-деферризатор, фильтр-умягчитель, узел регенерации, фильтр финишный сорбционный, резервуар чистой воды, насосная станция второго подъема.
Полезная модель предназначена для очистки подземных вод, содержащих железо, относится к устройствам для обеспечения населения водой питьевого качества в сельской местности и может быть использована в коттеджных поселках, садоводческих товариществах, поселках и иных населенных пунктах.
В настоящее время появилось заметное внимание к качеству водоподготовки в сельской местности.
Наиболее распространенным устройством для обеспечения населения водой в сельской местности до настоящего времени является водонапорная накопительная башня (башня Рожновского) (tagmash.ru/articles/bashnya-rozhnovskogo-vodonapornaya.html).
Это устройство представляет собой резервуар емкостью 15-160 м3, предназначенный для накопления воды и создания напора, в который постоянно накачивается насосом вода из подземного источника (скважина). В башне создается напор и вода самотеком по водным магистралям подается потребителю. Из общих представлений считается, что вода подземных источников заведомо чистая, так как не имеет контакта с внешними источниками загрязнений. Поэтому в этих устройствах не предусмотрено никаких дополнительных очисток воды от загрязнений и ее обеззараживания от патогенной микрофлоры. Однако подземные источники воды могут содержать загрязнения как природного так и техногенного происхождения. При этом сам резервуар может быть источником вторичного загрязнения, так как вода в нем может застаиваться и цвести, а внутренние стенки резервуара обрастать водорослями. Как правило, чистка резервуара не предусмотрена из-за представлений, что вода в резервуаре проточная и не может загрязняться. Поэтому такая вода совершенно непригодна для питьевых целей и может быть использована только для хозяйственных нужд. Однако даже сейчас при усилившемся внимании к качеству водоподготовки в сельской местности строители-проектировщики по-прежнему закладывают в своих проектах водоподготовки основным устройством для обеспечения водой сельское население водонапорные башни. При этом это очень дорогие сооружения, требующие больших капитальных затрат и времени для их установки.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков среди аналогов известна контейнерная станция обезжелезивания воды в исполнении «Б» (http://polymercon.com/fororom/staneija-obezzhelezivanija), рис.1. Это новая разработка завода водоочистного оборудования УП «Полимерконструкция», которая состоит из системы подачи воды из скважины в водонапорную башню, выполненной в виде обвязочных трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов, скважинного насоса, электродвигателя, напорного фильтра с загрузкой из кварцевого песка для безреагентного аэрационного обезжелезивания подземных вод, со средствами автоматики для полной автоматизации промывки фильтра и работы станции, дистанционно расположенной водонапорной башни для создания требуемого напора и хранения запаса воды и размещена в транспортируемом контейнере.
Такая станция позволяет обеспечить нормативное качество питьевой воды за счет обезжелезивания исходной воды достаточно дешевым безреагентным аэрационным способом, но только при составе воды источника водоснабжения с низким содержанием растворенного бикарбоната двухвалентного железа Fe(HCO3)2 и pH воды не более 6,8. При наличии в исходной воде ионов железа в сульфатной форме обезжелезивание с помощью аэрации не происходит. Исходная вода кроме ионов двухвалентного сульфата железа также может содержать коллоидное или органическое железо, марганец, природные органические соединения (гуминовые и фульвокислоты и их соли), соли жесткости, ионы тяжелых металлов и другие загрязнения. Многообразие форм существования железа в природных водах требует комплексного подхода для решения этой задачи. Поэтому для получения воды питьевого качества необходимо дополнительное оборудование с учетом знаний форм железа, присутствующих в природной воде, которую нужно обезжелезивать. Наличие в станции водонапорной башни для создания необходимого напора воды и хранения очищенной воды является дополнительным источником загрязнения воды, как за счет застаивания и цветения воды в стоячих зонах, так и за счет вторичного загрязнения железом в случае сероводородной коррозии ферробактериями внутренних металлических поверхностей резервуара. В данной станции также не предусмотрено обеззараживания исходной воды от патогенной микрофлоры, и в случае загрязнения воды ею опасность использования такой воды во много раз повышается.
Техническим результатом полезной модели является очистка подземных вод, содержащих железо в различных формах, и обеспечение населения сельской местности водой питьевого качества в транспортируемом модульном контейнере с резервуаром чистой воды из полимерного материала.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, достигается тем, что в данной полезной модели, состоящей из системы подачи воды из скважины, выполненной в виде обвязочных трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов, скважинного насоса первого подъема,
узла обезжелезивания, состоящего из линии аэрации, включающей механический фильтр, аэрационную колонну с водовоздушным эжектором; системы автоматического управления расходом и давлением воды; резервуара для накопления воды и размещенная в транспортируемом контейнере, а в линию аэрации перед аэрационной колонной встроен дозатор воздуха; в узел обезжелезивания дополнительно после аэрационной колонны встроены: устройство для дезинфекции с дозирующим насосом и двумя линиями ввода дезинфицирующего реагента в линию подачи воды, один ввод соединен с трубопроводом подачи воды после аэрационной колонны для окисления железа, а другой ввод соединен с трубопроводом на выходе после финишного фильтра для обеззараживания очищенной воды и фильтр-деферризатор с загрузкой из диоксида марганца для доокисления и удаления осажденного железа с автоматическим блоком управления; фильтр-умягчитель с ионообменной смолой, автоматическим блоком управления и емкостью для регенерации фильтра; фильтр финишный сорбционный с активированным углем и автоматическим блоком управления; резервуар чистой воды из полимерного материала с поплавковым выключателем электромагнитного клапана подачи чистой воды и насосной станции второго подъема с частотным регулятором; при этом основные блоки очистки воды станции расположены в следующей последовательности: скважинный насос первого подъема с реле для регулирования давления скважинного насоса, механический фильтр, дозатор воздуха, аэрационная колонна с водовоздушным эжектором, устройство для дезинфекции, фильтр-деферризатор, фильтр-умягчитель, узел регенерации, фильтр финишный сорбционный, резервуар чистой воды с поплавковым выключателем электромагнитного клапана, насосная станция второго подъема. Очистка исходной воды, содержащей железо в различных формах, достигается благодаря дополнительному введению в станцию обезжелезивания дозатора воздуха, устройства для дезинфекции, фильтра-деферризатора, фильтра-умягчителя и сорбционного фильтра. Безреагентное аэрационное обезжелезивание подземных вод путем окисления ионов железа Fe2+ в Fe3+ кислородом воздуха с последующим фильтрованием образовавшегося осадка гидроокиси железа Fе(ОН)3 через фильтр с кварцевым песком, используемое в прототипе, разработано для подземных вод, содержащих ионы двухвалентного железа чаще всего в виде Fе(НСО3)2 при общем содержании железа не более 10 мг/л. Для более эффективного аэрационного обезжелезивания в заявляемой полезной модели перед аэрационной колонной дополнительно встроен дозатор воздуха. Дозатор воздуха позволяет подавать в аэрационную колонну эквивалентное количество кислорода, необходимого для окисления железа и более полного обезжелезивания, а образовавшийся осадок отфильтровывается более эффективным фильтром-деферризатором. Деферризатор это фильтр с применением каталитических наполнителей. Каталитические наполнители - природные материалы, содержащие диоксид марганца, способный сравнительно легко изменять валентное состояние железа и одновременно отфильтровывать осажденное железо, что делает процесс удаления железа высокопроизводительным и компактным. Известно несколько фильтров-деферризаторов. Наиболее предпочтительным является Pyrolox, рудный материал на основе диоксида марганца.
Дополнительное введение в станцию обезжелезивания устройства для дезинфекции, размещенного после аэрационной колонны и имеющего две линии ввода дезинфицирующего реагента (гипохлорита натрия), обладающего более высокой окисляющей способностью: один ввод соединен с трубопроводом подачи воды после аэрационной колонны, позволяет комплексно очистить воду от ионов железа как в сульфатной форме, так и в других формах, а также от ионов серы, сероводорода, двухвалентного марганца, а другой ввод соединен с трубопроводом на выходе после финишного фильтра, что позволяет обеспечить и обеззараживание воды от патогенной микрофлоры т.е. осуществить два технологических процесса, используя одно устройство.
Однако подземные источники воды могут содержать коллоидное и органическое железо и другие возможные загрязнения, которые не удаляются предыдущими фильтрами, для этого дополнительно в линию встроен фильтр-умягчитель с ионообменной смолой, автоматическим блоком управления и емкостью для регенерации фильтра.
В случае вторичного загрязнения очищенной воды железом за счет сероводородной коррозии ферробактериями питьевая вода из крана может приобретать желтоватый цвет и неприятный сероводородный запах. Для этого в линию встроен финишный сорбционный фильтр, заполненный активированным углем, с автоматическим блоком управления.
Для предотвращения повторного загрязнения очищенной воды в водонапорной накопительной башне за счет застаивания и цветения воды в стоячих зонах, водонапорная башня заменена на резервуар чистой воды из полимерного материала. Для замены водонапорной башни на резервуар чистой воды из полимерного материала резервуар снабжен поплавковым выключателем электромагнитного клапана подачи чистой воды, а также насосной станцией второго подъема с частотным регулятором, обеспечивающим постоянство давления в распределительной сети. Резервуар чистой воды монтируется в самой модульной станции, что делает ее мобильной, транспортируемой в любое удобное для потребителя место по сравнению с водонапорной башней, которая всегда располагается стационарно.
На рис.2 изображена модульная станция водоподготовки с комплексным обезжелезиванием и резервуаром чистой воды, общий вид.
Станция состоит из системы подачи исходной воды из скважины, выполненной в виде обвязочных трубопроводов 1, включая байпасы 2, и краны подачи воды 3; скважинный насос первого подъема 4 с реле для регулирования давления скважинного насоса 5; узла обезжелезивания, состоящего из линии аэрации, включающей механический фильтр 6, дозатор воздуха 7, водовоздушный эжектор 8, аэрационную колонну 9, устройства для дезинфекции 10, включающего бак для дезинфицирующего реагента 10, дозирующий насос На, управляемый импульсным расходомером 11 6, и две линии ввода дезинфицирующего реагента в линию подачи воды, один ввод 12 соединен с трубопроводом подачи воды после аэрационной колонны для окисления железа, а другой ввод 13 соединен с трубопроводом на выходе после финишного фильтра для обеззараживания очищенной воды; фильтра-деферризатора 14 для удаления осажденного железа с автоматическим блоком управления 15; фильтра-умягчителя 16 с ионообменной смолой, автоматическим блоком управления 17 и емкостью для регенерации фильтра 18; фильтра финишного сорбционного 19 с активированным углем и автоматическим блоком управления 20; резервуара чистой воды из полимерного материала 21 с электромагнитным клапаном 22 с насосной станцией второго подъема 23 с частотным регулятором 24, причем станция размещена в модульном транспортируемом контейнере 25.
Модульная станция водоподготовки с комплексным обезжелезиванием и резервуаром чистой воды работает следующим образом.
После установки и монтажа станции обезжелезивания перед первым запуском все узлы станции подготавливаются к работе. Заполняется фильтрующей средой Pyrolox фильтр-деферризатор. Для фильтра-умягчителя подбирается соответствующий состав ионообменной смолы, а сорбционный фильтр заполняется активированным углем. Чтобы получить чистую воду конкретно этой станцией, фильтр должен очищать присутствующий состав загрязнений. Для подачи необходимого количества воздуха в аэрационную колонну дозатор воздуха настраивается на дозирование необходимого количества кислорода для окисления двухвалентного железа, присутствующего в воде. Устройство для дезинфекции заполняется дезинфицирующим раствором (гипохлоритом натрия). Устройство для дозирования гипохлорита натрия настраивается для работы в автоматическом режиме на дозирование необходимого количества хлора для окисления всех форм железа, присутствующих в исходной воде, ионов серы, сероводорода, марганца и дополнительно для обеззараживания воды от патогенной микрофлоры. Для этого производится анализ исходной воды и затем производится настройка дозирующего устройства для работы станции в автоматическом режиме. Для регенерации фильтра-умягчителя с ионообменной смолой бак для регенерации заливается 8-12% солевым раствором NaCl. Для первого запуска станции открывается кран подачи исходной воды на трубопроводе, включаются насосы, блоки автоматического управления фильтрами, дозирующие насосы и вся магистраль заполняется водой. Исходная вода подается на механический фильтр, фильтруется от агрегатных, механических и коллоидных загрязнений и затем поступает на аэрационную колонну. Воздух с помощью водовоздушного эжектора равномерно аэрирует воду и окисляет содержащее в ней двухвалентное железо. Далее в магистраль с исходной водой вводится необходимое количество гипохлорита натрия для окисления железа, как в сульфатной форме так других форм железа, и все осажденное железо отфильтровывается в фильтре-деферризаторе. После этого вода поступает в фильтр-умягчитель для очистки воды от коллоидного и органического железа и других загрязнений. Затем вода поступает на финишную очистку на сорбционный фильтр с активированным углем для очистки воды от вторичного загрязнения железом. После финишного фильтра в очищенную воду вводится необходимое количество гипохлорита натрия для обеззараживания воды от патогенной микрофлоры.
Станция готова для обеспечения потребителя чистой питьевой водой. Начинается регулярное пользование водой, для этого открывается кран с водой (на кухне или в ванне). За поддержанием необходимого давления в магистрали следит частотный регулятор насосной станции второго подъема. По мере загрязнения фильтров блоки автоматического управления фильтрами в автоматическом режиме проводят регенерацию фильтров и их промывку. Промывные воды после регенерации фильтров сливаются в дренажную систему. При прекращении разбора воды населением подача воды автоматически прекращается. И так снова до следующего открытия крана с водой станция в автоматическом режиме будет подавать питьевую воду потребителю.
Таким образом, предлагаемая конструкция станции обеспечивает сельское население питьевой водой из подземных источников (скважин), содержащих различные формы растворенного железа: бикарбонатного, сульфатного, коллоидного и органического железа и других загрязнений.
Предлагаемая станция может обеспечивать питьевой водой большие населенные пункты, не имеющие централизованного водоснабжения. Станция компактна, размещена в компактном транспортируемом модульном контейнере, который можно перевозить и устанавливать в любом удобном месте, не требуя водоохранной зоны для водонапорной башни.
Модульная станция водоподготовки с комплексным обезжелезиванием и резервуаром чистой воды, состоящая из системы подачи воды из скважины, выполненной в виде обвязочных трубопроводов, арматуры и контрольно-измерительных приборов, скважинного насоса первого подъема, узла обезжелезивания, состоящего из линии аэрации, включающей механический фильтр, аэрационную колонну с водовоздушным эжектором; системы автоматического управления расходом и давлением воды; резервуара для накопления воды; размещенная в транспортируемом контейнере, отличающаяся тем, что в линию аэрации перед аэрационной колонной встроен дозатор воздуха; в узел обезжелезивания дополнительно после аэрационной колонны встроены: устройство для дезинфекции с дозирующим насосом и двумя линиями ввода дезинфицирующего реагента в линию подачи воды, один ввод соединен с трубопроводом подачи воды после аэрационной колонны для окисления железа, а другой ввод соединен с трубопроводом на выходе после финишного фильтра для обеззараживания очищенной воды и фильтр-деферризатор с загрузкой из диоксида марганца для доокисления и удаления осажденного железа с автоматическим блоком управления; фильтр-умягчитель с ионообменной смолой, автоматическим блоком управления и емкостью для регенерации фильтра; фильтр финишный сорбционный с активированным углем и автоматическим блоком управления; резервуар чистой воды из полимерного материала с поплавковым выключателем электромагнитного клапана подачи чистой воды и насосной станции второго подъема с частотным регулятором; при этом основные блоки очистки воды станции расположены в следующей последовательности: скважинный насос первого подъема с реле для регулирования давления скважинного насоса, механический фильтр, дозатор воздуха, аэрационная колонна с водовоздушным эжектором, устройство для дезинфекции, фильтр-деферризатор, фильтр-умягчитель, узел регенерации, фильтр финишный сорбционный, резервуар чистой воды; насосная станция второго подъема.
