Система подготовки воды

Полезная модель относится к устройствам очистки вод природных источников от взвешенных частиц, мути, солей железа, марганца и кремния, устранения посторонних привкусов и запахов с целью получения воды, удовлетворяющей по своим параметрам критериям централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Предложена система подготовки воды, содержащая, последовательно соединенные между собой трубопроводом от водозабора до потребителя по потоку очищаемой воды, бак буферный, емкость-смеситель воды с воздухом, фильтр механической очистки, реакционную камеру озонирования, дегазационную камеру, каталитически активный к марганцу и железу фильтр, резервуар чистой воды и блок ультрафиолетового обеззараживания, при этом, между каталитически активным фильтром и резервуаром чистой воды проложен параллельный трубопровод с последовательно расположенными на нем вторым буферным баком, вторым блоком ультрафиолетового обеззараживания и блоком мембранного разделения.

1 н.з. и 6 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к устройствам очистки вод природных источников от взвешенных частиц, мути, солей железа, марганца и кремния, устранения посторонних привкусов и запахов с целью получения воды, удовлетворяющей по своим параметрам критериям централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Известен способ очистки воды [SU 1546435] от соединений марганца и железа, для реализации которого применяется озонатор и фильтр с зернистой загрузкой смеси кварцевого песка с гидрооксидом четырехвалентного марганца. Недостатком используемого устройства является невозможность улучшения качества воды по содержанию кремния и относительно небольшая производительность.

В известном способе обработки оборотной воды плавательных бассейнов [RU 2182127] используется оборудование, состоящее из механического фильтра, озонатора и блока ультрафиолетового обеззараживания. Недостатком является относительно ограниченная сфера применения, когда не требуется деминерализация воды. Вторым недостатком является также небольшая производительность.

Известна водоочистная станция [US 6440313], содержащая блок ультрафиолетового обеззараживания с эжекционным введением дополнительного окислителя в поток очищаемой жидкости. Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет эффективно и селективно снижать содержание неорганических солей,

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является установка для получения сверхчистой питьевой воды [RU 2114790], состоящая из озонатора и системой фильтрации, состоящей из последовательно соединенных механического, сорбционных и мембранного фильтров. К недостатку относится то, что последовательное соединение мембранного фильтра приводит к большим гидравлическим сопротивлениям, что, в свою очередь, уменьшает производительность и повышает стоимость процесса водоподготовки.

Техническая задача состоит в улучшении качества водоснабжения из источников, относящихся ко 2-му классу ГОСТа 2761-84 по мутности и по содержанию марганца, и к 3-му классу по содержанию железа и кремния.

Заявляемая в качестве полезной модели система направлена на достижение экономически обоснованной комплексной подготовки воды для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Технический результат достигается тем, что предложена система подготовки воды, содержащая, последовательно соединенные между собой трубопроводом от водозабора до потребителя по потоку очищаемой воды, бак буферный, емкость-смеситель воды с воздухом, фильтр механической очистки, реакционную камеру озонирования, дегазационную камеру, каталитически активный к марганцу и железу фильтр, резервуар чистой воды и блок ультрафиолетового обеззараживания, при этом, между каталитически активным фильтром и резервуаром чистой воды проложен параллельный трубопровод с последовательно расположенными на нем вторым буферным баком, вторым блоком ультрафиолетового обеззараживания и блоком мембранного разделения.

Целесообразно, что система снабжена емкостью для дозированного ввода перманганата калия, соединенной с участком трубопровода между дегазационной камерой и каталитически активным фильтром.

Желательно, что система снабжена емкостью с гипохлоритом натрия, соединенной с участком трубопровода между блоком мембранного разделения и резервуаром чистой воды.

Предпочтительно, что смеситель воды с воздухом снабжен воздушным компрессором.

Указанный результат достигается также тем, что в реакционную камеру озонирования озоновоздушная смесь поступает из блока генераторов озона и осушки, в котором вырабатывается из воздуха, подаваемого компрессором.

Возможно, что блок генераторов озона и осушки имеет эжекционное соединение с участком трубопровода, выходящим из фильтра механической очистки, при этом реакционная камера озонирования и дегазационная камера объединяются в единую камеру озонирования и дегазации.

Целесообразно также, что система снабжена деструктором озона, поступающего из реакционной камеры озонирования, либо из единой камеры озонирования и дегазации.

Выполнение заявленной системы подготовки воды позволяет оптимизировать процесс удаления излишних количеств солей и загрязнений, а за счет избирательной очистки от солей марганца, железа и кремниевой

кислоты позволяет существенно экономить на расходе используемых химических реагентов. Кроме того, система предусматривает мягкий режим применения озона, т.к. окисление марганца и железа начинается в емкости-смесителе, а доокисление происходит на каталитически активном фильтре. По этой причине система не требует специального, стойкого к озону, и дорогостоящего оборудования. Предусмотрено также введение дополнительного окислителя в виде перманганата калия. Излишнее содержание кремния, который присутствует в виде устойчивой к окислению соли Na₂SiO ₃, удаляется на блоке мембранного разделения.

Использование буферного бака позволяет накопить воду и проводить процесс ее подготовки вне зависимости от работоспособности насосов, доставляющих воду из водозабора.

Емкость-смеситель воды с воздухом позволяет насытить воду кислородом и провести первичное окисление компонентов воды в очищаемом потоке. Воздух подается воздушным компрессором.

Фильтр механической очистки необходим для удаления из потока твердых загрязнений и взвесей.

Использование реакционной камеры озонирования позволяет перевести в оксиды основную массу содержащихся в воде солей металлов. В реакционную камеру поступает озоновоздушная смесь из блока генераторов озона и просушки.

Использование дегазационной камеры необходимо для удаления нерастворившегося озона с целью предотвращения коррозии оборудования установленного далее по трубопроводу.

Каталитически активный фильтр применяется для извлечения из воды железа и марганца. Достаточно эффективно работает фильтр компании «Альянс-Нева», выпускаемый по ТУ 4859-001-53232176-2003. В качестве фильтрующего материала используется пористый материал с развитой удельной поверхностью, содержащий в порах высокодисперсный диоксид марганца, который обладает каталитической активностью в реакциях окисления железа и марганца с растворенными в воде окислителями: кислородом; озоном, перманганатом калия. В экстремальных случаях, заявляемая система предполагает дополнительную емкость для дозированного ввода перманганата калия перед каталитически активным фильтром.

Использование резервуара чистой воды позволяет накопить для потребителя подготовленную воду, а блок ультрафиолетового обеззараживания гарантирует бактериальную безопасность.

Поскольку процессы окисления слабо влияют на кремний, находящийся в воде в виде натриевой соли кремниевой кислоты, то для снижения содержания кремния используется блок мембранного разделения. Производительность блока определяется необходимостью полностью удалить кремний лишь из части водного потока, с тем, чтобы добавить очищенную от кремния воду в резервуар чистой воды и тем самым снизить его общее содержание.

По этой причине блок мембранного разделения расположен параллельно трубопроводу, связывающему каталитически активный фильтр с резервуаром чистой воды. Необходимость второго буферного бака обусловлена спецификой работы мембранного блока в режиме повышенного, напора жидкости, а второй блок ультрафиолетового обеззараживания предотвращает микробиологическое загрязнение мембран.

На Фиг. представлена схема оборудования системы подготовки воды, на которой: 1 - бак буферный; 2 - емкость-смеситель воды с воздухом; 3 - фильтр механической очистки; 4 - реакционная камера озонирования; 5 - дегазационная камера; 6 - каталитически активный фильтр; 7 - второй бак буферный; 8 - второй блок ультрафиолетового обеззараживания; 9 - блок мембранного разделения; 10 - резервуар чистой воды; 11 - блок ультрафиолетового обеззараживания; 12 - воздушный компрессор; 13 - деструктор озона; 14 - емкость для перманганата калия; 15 - емкость для гипохлорита натрия; 16 - блок генераторов озона и осушки; 17 - воздушный компрессор.

Система работает следующим образом. Из водозабора вода поступает в бак буферный 1, откуда насосом перекачивается в емкость-смеситель воды с воздухом 2. Подаваемый компрессором 12 воздух барботирует через слой воды, насыщая ее кислородом для начала реакции окисления. Насыщенная кислородом вода проходит через фильтр механической очистки 3 и, очищенная от механических примесей и взвесей, поступает в реакционную камеру озонирования 4. В нижнюю часть реакционной камеры поступает воздушноозоновая смесь из блока генераторов озона и осушки 16, озон в которой, в свою очередь, генерируется из воздуха подаваемого компрессором 17. В реакционной камере продолжается окисление компонентов воды. После

реакционной камеры вода проходит через дегазационную камеру 5, из которой остаток нерастворившегося озона направляется в деструктор озона 13, а вода поступает на каталитически активный фильтр 6, сорбирующий оксиды железа и магния. Очищенная от марганца и железа вода делится на два потока: основная часть направляется в резервуар чистой воды 10; вторая часть, для процесса удаления кремния - во второй буферный бак 7 и через второй блок ультрафиолетового обеззараживания 8 в блок мембранного разделения 9. В блоке мембранного разделения используется мембрана с размером пор 1÷10 Å марки DOW XLE 4040. Очищенная от кремния вода добавляется в резервуар чистой воды для снижения общего содержания кремния. К потребителю вода поступает через блок ультрафиолетового обеззараживания 11. Система предполагает ввод дополнительного окислителя из емкости для перманганата калия 14 в трубопровод перед каталитически активным фильтром. Система также предполагает использование NaClO для консервации чистой воды посредством соединения емкости с гипохлоритом натрия 15 с трубопроводом, подходящим к резервуару чистой воды.

Как вариант работы системы, воздушноозоновая смесь из блока генераторов озона и осушки 16 подается через эжекторное соединение в трубопровод, выходящий из фильтра механической очистки 3. Тогда камеры 4 и 5 исполняются как единая камера озонирования и дегазации.

В качестве примера, ниже приведены данные протокола лабораторных исследований воды из скважины Перегребненского линейно-производственного упраления магистрального газопровода ООО «Тюменьтрансгаз», село Перегребное, до и после использования заявляемой системы ее подготовки.

1. Система подготовки воды, содержащая, последовательно соединенные между собой трубопроводом от водозабора до потребителя по потоку очищаемой воды, бак буферный, емкость-смеситель воды с воздухом, фильтр механической очистки, реакционную камеру озонирования, дегазационную камеру, каталитически активный к марганцу и железу фильтр, резервуар чистой воды и блок ультрафиолетового обеззараживания, при этом, между каталитически активным фильтром и резервуаром чистой воды проложен параллельный трубопровод с последовательно расположенными на нем вторым буферным баком, вторым блоком ультрафиолетового обеззараживания и блоком мембранного разделения.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью для дозированного ввода перманганата калия, соединенной с участком трубопровода между дегазационной камерой и каталитически активным фильтром.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью с гипохлоритом натрия, соединенной с участком трубопровода между блоком мембранного разделения и резервуаром чистой воды.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что смеситель воды с воздухом снабжен воздушным компрессором.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что в реакционную камеру озонирования озоновоздушная смесь поступает из блока генераторов озона и осушки, в котором вырабатывается из воздуха, подаваемого компрессором.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что блок генераторов озона и осушки имеет эжекционное соединение с участком трубопровода, выходящим из фильтра механической очистки, при этом реакционная камера озонирования и дегазационная камера объединяются в единую камеру озонирования и дегазации.

7. Система по пп.1 и 6, отличающаяся тем, что она снабжена деструктором озона, поступающего из реакционной камеры озонирования, либо из единой камеры озонирования и дегазации.