Установка для технологического моделирования процесса очистки воды

Полезная модель относится к области обработки воды и может быть использована для проведения предварительных технологических испытаний при выборе способа очистки природной воды от железа, марганца в присутствии органических веществ и других загрязнений (в том числе от органических веществ), а также для исследования процессов очистки других жидкостей. Техническим результатом при использовании данной полезной модели является создание мобильной (переносной), малогабаритной установки, позволяющей осуществлять исследования непосредственно у водоисточника и изменять последовательность проведения операций аэрирования, озонирования, электрокоагуляции и фильтрования для определения оптимальных параметров обработки. Установка для технологического моделирования процесса очистки воды содержит блок аэрации/озонирования, электрокоагулятор, фильтр и блок питания и управления, состоящий из источника питания электрокоагулятора, соединенного с блоком измерения, источника высоковольтных импульсов к которому подключен озонатор, связанный посредством трубки с компрессором и распылителем блока аэрации/озонирования. Компрессор, источник высоковольтных импульсов и источник питания коагулятора подключены к электрической сети посредством ключей с возможность их как отдельного, так одновременного включения. Электроды электрокоагулятора, выполненные в виде двух металлических пластин, соединены с источником питания электрокоагулятора и с блоком измерения. Трубопровод исходной воды соединен с входами блока аэрации/озонирования и электрокоагулятора, выходы которых соединены с входом фильтра, выход которого оснащен трубкой с краном для слива очищенной воды. Выход электрокоагулятора соединен с входом блока аэрации/озонирования. В качестве материала электродов может быть использован алюминий или железо. Входы и выходы блока аэрации/озонирования, электрокоагулятора и фильтра снабжены штуцерами для соединения/отсоединения трубок. Соединительные трубки снабжены кранами для регулирования потока воды.

2 ил.

Полезная модель относится к области обработки воды и может быть использована для проведения предварительных технологических испытаний при выборе способа очистки природной воды от железа, марганца (в том числе в присутствии органических веществ) и других загрязнений, а также для исследования процессов очистки других жидкостей.

Известна установка для технологического моделирования процесса очистки воды [Патент РФ на полезную модель №37088, МПК7 C02F 1/72, опубл. 2004.04.10], выбранная в качестве прототипа, содержащая трубопровод для подачи исходной воды, узел фильтрации из последовательно соединенных между собой фильтровальных колонок, каждая из которых снабжена пробоотборниками, пьезометрами и трубопроводами для подвода промывной воды и для ее отвода. Узел аэрации и камера-реактор для формирования осадка последовательно соединены с трубопроводом для удаления осадка. Камера-реактор соединена последовательно с первой фильтровальной колонкой узла фильтрации. Узел аэрации выполнен в виде соединенных между собой в циркуляционный контур двух стеклянных трубок, заполненных стеклянными кольцами Рашига. При этом первая трубка соединена с трубопроводом подачи воздуха или озона и с трубопроводом для подачи исходной воды, а вторая - с камерой-реактором, которая выполнена с возможностью удаления непрореагировавшего озона. Днище камеры-реактора выполнено конусообразным.

Эта установка стационарна. Она не позволяет варьировать последовательность операций проведения очистки воды и производить обработку воды коагулянтом.

Задачей полезной модели является создание мобильной (переносной), малогабаритной установки для технологического моделирования процесса очистки воды, позволяющей осуществлять исследования непосредственно у водоисточника и изменять последовательность проведения операций аэрирования, озонирования, электрокоагуляции и фильтрования для определения оптимальных параметров обработки.

Поставленная задача решена за счет того, что установка для технологического моделирования процесса очистки воды, также как в прототипе, содержит блок

аэрации/озонирования, фильтр, трубопровод исходной воды, соединительные трубки. Согласно полезной модели установка дополнительно содержит электрокоагулятор и блок питания и управления, состоящий из источника питания электрокоагулятора, соединенного с блоком измерения, источника высоковольтных импульсов к которому подключен озонатор, связанный посредством трубки с компрессором и распылителем блока аэрации/озонирования. Компрессор, источник высоковольтных импульсов и источник питания коагулятора подключены к электрической сети посредством ключей с возможность их как отдельного, так одновременного включения. Электроды электрокоагулятора, выполненные в виде двух металлических пластин, соединены с источником питания электрокоагулятора и с блоком измерения. Трубопровод исходной воды соединен с входами блока аэрации/озонирования и электрокоагулятора, выходы которых соединены с входом фильтра. Выход фильтра оснащен трубкой с краном для слива очищенной воды. Выход электрокоагулятора соединен с входом блока аэрации/озонирования. Входы и выходы блока аэрации/озонирования, электрокоагулятора и фильтра выполнены с возможностью соединения/отсоединения трубок и регулирования потока воды.

В качестве материала электродов может быть использован алюминий или железо.

Входы и выходы блока аэрации/озонирования, электрокоагулятора и фильтра снабжены штуцерами для соединения/отсоединения трубок.

Соединительные трубки снабжены кранами для регулирования потока воды.

Наличие электрокоагулятора позволяет производить обработку воды коагулянтом. В случае использования химического коагулянта, его доза может быть рассчитана по дозе электрохимического коагулянта.

Предложенная конструкция блока питания и управления позволяет контролировать и регулировать ток и напряжение, подаваемые на электроды электрокоагулятора, а также управлять работой компрессора и озонатора.

Оснащение соединительных трубок кранами позволяет регулировать потоки воды и выполнять операции аэрирования, озонирования, электрокоагуляции и фильтрования в любой последовательности.

Оснащение входов и выходов блока аэрации/озонирования электрокоагулятора и фильтра штуцерами позволяет отсоединять их друг от друга и от блока питания и

управления, и помещать установку в переносной футляр. Это обеспечивает возможность проводить изучение и моделирование процессов очистки воды непосредственно у водоисточника, что позволяет исключить влияние внешних условий, таких как температура и давление. Указанные параметры, как известно, влияют на концентрацию растворенных в воде газов, окислительно-восстановительные и кислотно-щелочные свойства воды, протекание гидролиза, осадкообразования, адсорбцию [Лукашевич О.Д., Максимова Н.М. Химико-аналитическое обеспечение хозяйственно-питьевого водоснабжения // Вестник ТГАСУ. - 1989. - №1. - С.187-196.].

На фиг.1 представлена схема заявляемой установки для технологического моделирования процесса очистки воды.

На фиг.2 схематично показаны возможные варианты обработки воды.

Установка для технологического моделирования процесса очистки воды состоит из блока аэрации/озонирования 1 (БА), электрокоагулятора 2 (ЭК), фильтра 3 и блока питания и управления 4 (БПиУ).

Блок питания и управления 4 (БПиУ) состоит из озонатора 5 (О), электрически связанного с источником высоковольтных импульсов 6 (ИВИ), компрессора 7 (К), соединенного трубкой с озонатором 5 (О), источника питания коагулятора 8 (ИПК), связанного с блоком измерения 9 (БИ). Компрессор 7 (К), источник высоковольтных импульсов 6 (ИВИ) и источник питания коагулятора 8 (ИПК) через свои ключи 9, 10, 11 подключены к электрической сети.

Блок аэрации/озонирования 1 (БА) выполнен в виде сосуда, в нижней части которого помещен распылитель воздуха/озона 12 (керамический фильтр со средним диаметром пор около 120 мкм), соединенный трубкой с озонатором 5 (О).

Электрокоагулятор 2 (ЭК) представляет собой сосуд, в котором размещены электроды, выполненные в виде двух металлических пластин из алюминия или железа. Расстояние между электродами составляет 5,5-6,0 мм. Площадь электродов составляет 70,3 см ². Электроды электрокоагулятора 2 (ЭК) соединены с источником питания электрокоагулятора 8 (ИПК) и с блоком измерения 9 (БИ).

Фильтр 3 представляет собой платиковый цилиндрический сосуд, в нижней части которого закреплена сетка из нержавеющей стали, на которую насыпана фильтрующая загрузка (любой материал, применяемый при водоподготовке, например, альбитофир, сульфоуголь, кварцевый песок, горелая порода и проч.). Ниже сетки выполнен выходной штуцер, к которому подсоединена трубка с краном 13 для слива очищенной воды.

Входной штуцер блока аэрации/озонирования 1 (БА) через кран 14 соединен с трубопроводом исходной воды и через кран 15 - с выходным штуцером электрокоагулятора 2 (ЭК).

Выходной штуцер блока аэрации/озонирования 1 (БА) посредством трубок соединен с фильтром 3 через последовательно расположенные краны 16 и 17, а также с входным штуцером электрокоагулятора 2 (ЭК) через последовательно расположенные краны 16 и 18.

Входной штуцер электрокоагулятора 2 (ЭК) через кран 19 соединен с подводящим трубопроводом исходной воды. Выходной штуцер электрокоагулятора 2 (ЭК) посредством трубок, через кран 20 соединен с фильтром 3.

Конструкция озонатора 5 (О) защищена патентом РФ №2179150. Его производительность по озону в озоно-воздушной смеси составляет 1 г/час. Источник высоковольтных импульсов 6 (ИВИ) обеспечивает амплитуду напряжения 20 кВ и частоту следования импульсов 100 с^-1. Производительность воздушного компрессора 7 (К) составляет 1 л/мин. В качестве источника питания электрокоагулятора 8 (ИПК) может быть использован источник питания, позволяющий регулировать ток от 0 до 3 А и напряжение от 0 до 30 В. Блок измерения 9 (БИ) включает в себя миллиамперметр и вольтметр. В качестве соединительных трубок использованы гибкие ПХВ трубки.

Установка для технологического моделирования процесса очистки воды является разборной. При отсоединении гибких трубок установка может быть упакована в переносной футляр. В сложенном виде габаритные размеры установки составляют 500×230×260 мм. Вес установки - 8,0 кг.

На месте работы производят сборку установки и подсоединение к трубопроводу исходной воды с давлением не менее 0,1 МПа и включение в электрическую сеть (220 В, 50 Гц).

Возможные варианты последовательности проведения операций очистки воды представлены на фиг.2.

Для выполнения первого варианта очистки воды открывают кран 14 и исходную воду подают в блок аэрации/озонирования 1 (БА), при этом краны 19 и 15, 20 и 18 закрывают. С помощью соответствующих ключей 9 и 10 блока питания управления 4 (БПиУ) включают компрессор 7 (К) и источник высоковольтных импульсов 6 (ИВИ). Импульсы напряжения от источника высоковольтных импульсов 6 (ИВИ) поступают на

электроды озонатора 5 (О). Воздух от компрессора 7 (К) по трубке подают в озонатор 5(O). Озоновоздушная смесь из озонатора по трубке через распылитель воздуха/озона 12 поступает в блок аэрации/озонирования 1 (БА). В том случае, когда обработку воды проводят только воздухом (аэрирование) источник высоковольтных импульсов 6 (ИВИ) отключают. Обработанную воду, после контакта с воздухом или озоно-воздушной смесью, по трубкам, открыв краны 16 и 17, подают на входной штуцер фильтра 3. Прошедшую через его фильтрующую загрузку воду, открыв кран 13, сливают в приемную емкость.

При втором варианте очистки воды закрывают краны 14, 15, 17, 18, открывают кран 19 и исходную воду подают по трубке в электрокоагулятор 3 (ЭК). С помощью ключа 11 блока питания и управления 4 (БПиУ) включают источник питания электрокоагулятора 8 (ИПК) и устанавливают необходимые ток и напряжение, подаваемые на электроды. Величину тока и напряжения контролируют с помощью блока измерения 9 (БИ). Количество нарабатываемого коагулянта (доза) зависит от материала анода, плотности тока, свойств воды и времени обработки. В случае использования химического коагулянта, его доза может быть рассчитана по дозе электрохимического коагулянта. Обработанную воду по трубкам через открытый кран 20 подают на входной штуцер фильтра 3, где производят фильтрование воды аналогично первому варианту обработки.

По третьему варианту очистки воды сначала производят обработку воды в блоке аэрации/озонирования 1 (БА) аналогично вышеизложенному для первого варианта очистки. Затем, открывают краны 16 и 18 и подают воду в электрокоагулятор 2 (ЭК), после обработки в котором, открывают кран 20, и подают ее на фильтр, где производят аналогичное фильтрование.

При четвертом варианте очистки воды сначала исходную воду обрабатывают в электрокоагуляторе 2 (ЭК) так же, как во втором варианте. Затем обработанную воду через выходной штуцер, открыв кран 15, подают в блок аэрации/озонирования 1 (БА). При этом краны 20 и 14 закрывают. После обработки в блоке аэрации/озонирования 1 (БА), открыв краны 16 и 17, воду подают на фильтр 3, где происходит ее фильтрование.

1. Установка для технологического моделирования процесса очистки воды, содержащая блок аэрации/озонирования, фильтр, трубопровод исходной воды, соединительные трубки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электрокоагулятор и блок питания и управления, состоящий из источника питания электрокоагулятора, соединенного с блоком измерения, источника высоковольтных импульсов, к которому подключен озонатор, связанный посредством трубки с компрессором и распылителем блока аэрации/озонирования, причем компрессор, источник высоковольтных импульсов и источник питания коагулятора подключены к электрической сети посредством ключей с возможностью их как отдельного, так одновременного включения, при этом электроды электрокоагулятора, выполненные в виде двух металлических пластин, соединены с источником питания электрокоагулятора и с блоком измерения; трубопровод исходной воды соединен с входами блока аэрации/озонирования и электрокоагулятора, выходы которых соединены с входом фильтра, выход которого оснащен трубкой с краном для слива очищенной воды; выход электрокоагулятора соединен с входом блока аэрации/озонирования, а входы и выходы блока аэрации/озонирования, электрокоагулятора и фильтра выполнены с возможностью соединения/отсоединения трубок и регулирования потока воды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала электродов может быть использован алюминий.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала электродов может быть использовано железо.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входы и выходы блока аэрации/озонирования, электрокоагулятора и фильтра снабжены штуцерами для соединения/отсоединения трубок.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительные трубки снабжены кранами для регулирования потока воды.