Устройство для очистки воды
Полезная модель относится к устройствам для очистки воды, может использоваться для очистки воды преимущественно от взвешенных веществ и коллоидных примесей, например, для очистки подземных железосодержащих вод Приобской низменности до питьевого качества. В основу полезной модели поставлена задача уменьшения габаритного размера устройства по высоте, упрощения эксплуатации и снижения эксплуатационных затрат. Решается поставленная задача тем, что в корпусе устройства размещены в два и более ярусов фильтрующие блоки с каркасами, оснащенными полиамидными ершами в нижнем ярусе из жестких волокон диаметром не менее 0,2 мм, в верхнем ярусе из смеси жестких и супертонких волокон диаметром 15 микрон в соотношении по весу 80% жестких и 20% супертонких, с шагом ершей в каркасах блоков не менее трети и не более половины диаметра ершей со смещением положения ершей в верхних ярусах фильтрующих блоков по отношению к положению ершей в нижних блоках на четверть диаметра ерша. Фильтрующие блоки зажаты прочно балками опор в горизонтальном поддоне корпуса и прижимными балками над фильтрующими блоками. Для отведения очищенной воды над фильтрующими блоками размещены водоотводящие лотки с шагом не более половины высоты всех ярусов фильтрующих блоков. 2 с.п. ф-лы, 3 илл.
Полезная модель относится к устройствам для очистки воды, например, подземных железосодержащих вод Приобской низменности до питьевого качества, преимущественно от взвешенных и коллоидных примесей и позволяет уменьшить габаритные размеры очистной станции и упростить ее эксплуатацию.
Известно использование устройства для очистки воды [1], в котором в цилиндрическом или прямоугольном корпусе с пирамидальным или коническим днищем размещены блоки каркасов со стеклоершами внутри в 2 и более ярусов со смещением осей ершей относительно друг друга в нижних и верхних ярусах блоков каркасов. Под нижними блоками фильтрующих элементов помещены барботеры для аэрации воды внутри устройства при регенерации ершей.
Устройство снабжено патрубками для ввода исходной воды, отвода очищенной и регенерационной воды, ввода воздуха и промывочной воды.
В известном устройстве выявлено ряд недостатков, мешающих его широкомасштабному применению в практике водоочистки. Главный недостаток - стеклоерши. При эксплуатации возможно обламывание волокон и попадание их в очищенную воду. При очистке подземных вод Приобской низменности стекловолокна обрастают неотмывающимися при регенерации отложениями фосфата железа при этом резко снижается эффективность очистки воды.
В известном устройстве неконкретизированы отдельные узлы устройства, что не позволяет эффективно использовать устройство в условиях других видов ершей.
Цель полезной модели - снижение габаритных размеров устройства по высоте, упрощение процесса эксплуатации устройства, увеличение эффективности использования всего объема фильтрующей загрузки устройства.
Достигается поставленная цель исключением пирамидальных или конических поддонов и заменой их на горизонтальный поддон высотой не более 0,5 м, использованием полимерных полиамидных ершей в каркасах блоков с шагом не менее одной трети диаметра ерша и не более половины диаметра ерша, при этом в нижних блоках помещают жесткие ерши с волокнами диаметром не менее 0,2 мм, а в верхних блоках ерши со смесью жестких и супертонких волокон диаметром 15 микрон в соотношении по весу первых 80%, вторых 20%, стержни ершей в верхних блоках смещены по отношению к стержням ершей нижних блоков на четверть диаметра ерша. Над блоками фильтрующей загрузки устройства размещены водосборные лотки, сообщенные с патрубком отвода очищенной воды из устройства, шаг которых не превышает половины высоты слоя фильтрующих блоков всех ярусов.
Схематично устройство представлено на Фиг.1. в виде поперечного разреза. На Фиг.2. показан вид сверху на устройство для очистки воды. Система распределения воды и воздуха в поддоне изображена на Фиг.3.
Заявляемое устройство для очистки воды включает:
1. Корпус устройства.
2. Поддон.
3. Водоотводящий лоток.
4. Водосборная труба.
5. Патрубок ввода исходной воды.
6. Патрубок ввода сжатого воздуха.
7. Патрубок отвода очищенной воды.
8. Патрубок отвода регенерационной воды с осадком.
9. Фильтрующие блоки каркасов с ершами.
10. Опорные балки.
11. Ерши.
12. Фиксирующая опорная сетка каркаса блока 9.
13. Воздухораспределительная система поддона 2.
14. Прижимные балки, фиксирующие положение блоков каркасов с ершами.
Устройство для очистки воды выполнено (Фиг.1) из вертикального корпуса 1 с горизонтальным поддоном 2, на котором уложены опорные балки 10 для фильтрующих блоков 9, состоящих из каркасов с ершами 11, положение которых зафиксировано прижимными балками 14, чтобы при продувке воды в устройстве воздухом блоки 9 не сместили свое положение (верхние относительно нижних). Между опорными балками 10 в поддоне 2 размещена система 13 воздухораспределения в виде гребенки из перфорированных трубок барботеров регенерации ершей, уложенных с шагом не более диаметра ерша.
В поддон 2 введен патрубок ввода сжатого воздуха 6, (Фиг.3), сообщенный с воздухораспределительной системой 13, снабженный запорной регулирующей арматурой, патрубок 5 ввода исходной воды, также снабженный запорной регулирующей арматурой, и патрубок 8 отвода регенерационной воды с осадком, снабженный задвижкой в виде поворотного клапана.
Над балками 14 (Фиг.2) по всей площади устройства размещены водоотводящие лотки 3, сообщенные с водосборной трубой 4, переходящей в патрубок 7 отвода очищенной воды, снабженный задвижкой в виде поворотного клапана.
Устройство для очистки воды работает следующим образом:
В поддон 2 корпуса 1 устройства для очистки воды (Фиг.1) подают по патрубку 5 при закрытых задвижках на патрубках 8 и 6 исходную воду. Через систему водораспределения (Фиг.3) исходная вода распределяется равномерно по поддону 2 вследствие достаточно большого гидравлического сопротивления протоку воды фильтрующих блоков 9 за счет перекрытия волокнами ершей 11 всего пространства внутри блоков 9. Исходная вода движется в пространстве фильтрующих блоков 9, контактируя с полиамидными волокнами, поверхность которых при движении воды несет положительный заряд и обладает гидрофобными свойствами. Вследствие гидрофобности и наличия положительного заряда волокна постепенно обрастают отрицательно заряженными клетками бактерий и гидрофобными растворенными примесями воды, а также покрываются отрицательными частицами взвесей и коллоидов.
Для подземных железосодержащих вод Приобской низменности на волокнах поселяются железобактерии, которые ввиду наличия в холодной воде большого количества кислорода, внесенного воздухом при барботаже подземной воды для предварительного, до фильтрования воды, удаления из нее растворенной углекислоты, метана и сероводорода, обеспечивают окисление двухвалентного растворенного в воде железа в трехвалентное состояние. Трехвалентное железо при рН воды 6,8...7,2 связывается с фосфатами и гидроксильными группами ОН- в нерастворимые соединения FePО4 и Fе(ОН)3. Эти соединения прилипают к модифицированной бактериями поверхности волокон ершей 11, так как покрытые бактериями волокна уже имеют отрицательный заряд, а FePО4 и Fе(ОН) 3 заряжены положительно.
Основная масса железосодержащих частиц остаются на ершах 11 нижних фильтрующих блоков 9, так как имеют гидравлическую крупность до 2...3 мм/с и восходящим потоком воды не выносится до верхних блоков 9.
По мере заполнения загрязнения воды нижних блоков скорости движения воды в поровом пространстве возрастают и часть мелкодисперсных примесей, особенно частиц фосфата железа выносятся в ярус верхних фильтрующих блоков, где помещены ерши 11 из смеси волокон.
Вследствие в 4...5 раз большей поверхности для адгезии нерастворимые мелкие частицы примесей воды задерживаются в верхних блоках 9 и обеспечивается высокое качество очищенной воды.
Смещение положения стержней ершей 11 в верхних блоках 9 по отношению к ершам нижних блоков обеспечивает более высокий эффект контактирования очищаемой воды с волокнами. Ограничение в шаге стержней ершей 11 в блоках 9 выявлено экспериментально, нижний и верхний пределы шага ершей 11 получены для различных природных вод и охватывают широкий диапазон примесей и свойств загрязнений воды.
Величина шага смещения положения стержней ершей верхних и нижних блоков также найдена экспериментально.
Выйдя из фильтрующих блоков, очищенная вода переливается через водосливы в водоотводящие лотки 3, а затем по водоотводящей трубе 4 через патрубок 7 при открытой задвижке выводится в сооружения сбора и обеззараживания.
Шаг водоотводящих лотков 3 в устройстве (Фиг.2) для очистки воды назначен для увеличения коэффициента использования объема устройства, так как при большем расстоянии между лотками 3 пространство блоков 9, находящихся дальше от лотков 3 заилятся меньше, чем пространство блоков 9, находящихся под лотками 3, а этим сокращается межрегенерационный период устройства и увеличивается эксплуатационные затраты на подачу воздуха для регенерации ершей 11.
По мере заиления ершей 11, что оценивается содержанием растворенного в воде кислорода в очищенной воде над фильтрующими блоками 9 с помощью переносного датчика растворенного кислорода или по выносу взвесей с очищенной водой, устройство переводят в режим регенерации ершей 11.
При регенерации ершей фильтрующих блоков закрывают задвижки на патрубке 7 отвода очищенной воды и на патрубке 5 ввода исходной воды. Далее открывают подачу воздуха через патрубок бив течение 5...7 минут осуществляют барботаж воды внутри устройства при закрытых задвижках на патрубке 8 сброса регенерационной воды и осадка. Балки 14 прочно удерживают при барботаже воздухом воды в устройстве фильтрующие блоки 9 и вместе с балками 10 не дают им сместиться друг относительно друга.
По истечении выше указанного времени задвижку 8 открывают и сбрасывают регенерационную воду в осадконакопители, из которых после сгущения вывозят осадки в места утилизации, а осветленную воду сбрасывают в городскую канализацию. При барботаже воздухом износа и обламывания волокон не происходит в течение не менее 10 лет эксплуатации, что установлено длительным эксплуатированием биореакторов доочистки сточных вод на ряде очистных станций канализации.
Межрегенерационный период ввиду большой пористости (более 90%) объема фильтрующих блоков 9 составляет недели, чем сокращается расходование воздуха, а, следовательно, упрощается эксплуатация и снижаются эксплуатационные затраты.
Исключение пирамидальных или конических поддонов и замена их горизонтальными в 1,5 раза уменьшает габаритный размер по высоте устройства для очистки воды.
1. Устройство для очистки воды, содержащее вертикальный корпус с поддоном, фильтрующие блоки из каркасов с ершами, патрубки ввода исходной воды, воздуха, отвода очищенной воды и осадка с запорной и регулирующей арматурами, отличающееся тем, что в фильтрующих блоках, состоящих не менее, чем из двух ярусов по всей высоте устройства, в нижних блоках ерши выполнены из жестких полиамидных волокон диаметром не менее 0,2 мм, а в верхних блоках из смеси волокон жестких и супертонких диаметром 15 мкм в соотношении по весу (80% жестких и 20% супертонких), ерши размещены в блоках с шагом не менее трети и не более половины диаметра ершей, стержни ершей блоков верхнего яруса смещены по расположению ершей в блоках нижнего яруса на четверть диаметра ерша, блоки фильтрующих элементов прочно зажаты между опорными балками снизу в горизонтальном поддоне и прижимными балками сверху.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сбор очищенной воды осуществляется водосборными лотками, установленными над фильтрующими блоками с шагом не более половины общей высоты ярусов фильтрующих блоков.
