Установка для обезжелезивания подземной воды

(51)02 1/64 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ВОДЫ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Седлуха Сергей Петрович Софинская Ольга Сергеевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(56) Николадзе Г.И. и др. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - М. Высшая школа,1984. - С. 264.2165897 1, 2001.19980188, 1999.19800886 1, 1999.5096580 , 1992.0043148 1, 1982.(57) Установка для обезжелезивания подземной воды, содержащая напорные фильтры, водонапорный бак и устройства для насыщения воды кислородом, соединенные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, отличающаяся тем, что устройство для насыщения воды кислородом выполнено в виде водо-воздушного эжектора, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой через обратный клапан, и установлено на подводящем трубопроводе каждого напорного фильтра, а на каждом напорном фильтре установлен воздушный вантуз, низ подводящей трубы которого размещен с зазором к фильтрующей загрузке. 7381 1 2005.09.30 Изобретение относится к области водоснабжения, а более конкретно - к обезжелезиванию подземных вод, и может быть использовано для водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий в различных климатических зонах. Известна установка для обезжелезивания подземных вод 1, содержащая напорные фильтры и водонапорный бак, соединенные между собой трубопроводами с запорнорегулирующей арматурой. Исходная вода на установку подается насосом из артезианских скважин. В таких установках воздух, содержащий кислород, необходимый для окисления железа, подается в общий трубопровод исходной воды с помощью компрессора, водовоздушного эжектора или другим известным способом. В трубопроводе, на котором, как правило, установлен специальный смеситель, вода обогащается растворенным кислородом и распределяется с помощью трубопроводов на все фильтры. Не растворившийся воздух отводится с помощью воздушных вантузов, установленных в верхних точках подводящих трубопроводов. Установка значительно усложняется при использовании для обезжелезивания исходной воды с большим содержанием свободной углекислоты (более 40 мг/дм 3) и сероводорода (более 0,5 мг/дм 3), так как в этом случае необходим промежуточный открытый бак аэратор, из которого подача воды на напорные фильтры возможна только с помощью дополнительных насосов. Наиболее близким к изобретению техническим решением является установка 2,включающая напорные фильтры, водонапорный бак и устройство для насыщения воды кислородом, соединенные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой. Устройство для насыщения воды кислородом установлено на трубопроводе подачи исходной воды. Известная установка имеет ряд недостатков. Наиболее существенные из них. 1. Известно, что после промывки фильтра потери напора в фильтрующей загрузке при расчетной скорости фильтрования составляют не более 0,5 м, к концу фильтроцикла они достигают 6-8 м. Следовательно, при подаче воды на все фильтры из общего трубопровода исходной воды поступление ее в каждый фильтр зависит от гидравлического сопротивления загрузки. При этом скорость фильтрования на промытых фильтрах выходит за допустимые пределы, что неизбежно приводит к ухудшению качества фильтрата. Стабилизировать скорости фильтрования на всех фильтрах можно только с помощью сложной и дорогостоящей автоматики, которая в известной установке не применена. 2. Существенным недостатком является значительная высота слоя аэрированной воды над загрузкой фильтра, что создает значительный разрыв во времени между аэрацией воды и входом ее в загрузку. При этом значительная часть содержащегося в воде двухвалентного железа окисляется и в виде мелкодисперсной взвеси выпадает на поверхность загрузки, кольматируя ее, что приводит к резкому сокращению длительности фильтроцикла, увеличению затрат воды на промывку и ухудшению качества фильтрата. 3. Во время промывки одного из фильтров нарушается режим работы остальных, т.к. подача исходной воды на промываемый фильтр прекращается, а скорость фильтрования на работающих фильтрах возрастает. 4. Сложность эксплуатации, т.к. при промывке каждого фильтра необходимо оперировать четырьмя задвижками (перед промывкой закрыть задвижки подачи исходной воды и отвода фильтрата, открыть задвижки подачи и отвода промывной воды, а после окончания промывки - вернуть их в первоначальное положение, соблюдая определенную последовательность). Перечисленные основные недостатки прототипа особенно существенны при применении способа обезжелезивания подземных вод по патенту 1416 РБ 3, так как не позволяют в полной мере реализовать все преимущества данного способа. Задача изобретения - повышение эффективности обезжелезивания воды, снижение затрат воды на промывку фильтров, повышение надежности работы установки и упрощение ее эксплуатации путем устранения недостатков прототипа. 2 7381 1 2005.09.30 Указанная задача решается тем, что в установке для обезжелезивания подземной воды, содержащей напорные фильтры, водонапорный бак и устройства для насыщения воды кислородом, соединенные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, в отличие от прототипа, устройство для насыщения воды кислородом и поддержания одинаковых скоростей фильтрования в каждом напорном фильтре выполнено в виде водовоздушного эжектора, установленного на подводящем трубопроводе фильтра. Всасывающий патрубок водо-воздушного эжектора соединен с атмосферой через обратный клапан. На каждом напорном фильтре установлен воздушный вантуз, низ подводящей трубы которого размещен с зазором к фильтрующей загрузке. На чертеже показана схема установки. Установка для обезжелезивания подземной воды включает напорные фильтры 1, каждый из которых имеет распределительную (дренажную) систему 2, фильтрующую загрузку 3,подводящий трубопровод 4, соединенный с трубопроводом 5 подачи исходной воды от скважин, трубопровод 6 отвода фильтрата и подачи промывной воды, соединенный с трубопроводом 7 подачи очищенной воды в водонапорный бак 8, воздушный вантуз 9 с подводящим трубопроводом 10, низ которого размещен с зазором к фильтрующей загрузке 3, и экран 11. На каждом подводящем трубопроводе 4 установлен водо-воздушный эжектор 12 с обратным клапаном и задвижка 13. На трубопроводе 14 отвода промывной воды после каждого фильтра 1 установлена задвижка 15, а на трубопроводе 6 отвода фильтрата и подачи промывной воды установлена задвижка 16 и диафрагма 17 для гашения избыточного напора при промывке фильтра. Низ водонапорного бака 8 соединен с трубопроводом подачи воды потребителям 18 через трубопровод подачи промывной воды 19, на котором установлен обратный клапан 20 и датчик уровня воды в водонапорном баке 21. Работает заявляемая установка следующим образом. В момент окончания промывки любого из фильтров задвижку 15 закрывают. Задвижки 16 и 13 во время фильтрования и промывки находятся в открытом состоянии, их закрывают при ремонтах. Все пространство над загрузкой 3 фильтра 1 заполнено водой. Из трубопровода исходной воды 5 через задвижку 13 и водо-воздушный эжектор 12 вода с воздухом поступает в фильтр 1. Не растворившийся в воде воздух образует воздушную подушку над поверхностью воды. Уровень воды в фильтре в течение относительно небольшого времени падает до низа подводящей трубы вантуза 10, и избыточный воздух через вантуз 9 уходит в атмосферу. Фильтр переходит на стабильный режим работы при постоянном уровне воды в нем. Небольшой слой воды над загрузкой сводит до минимума время между аэрацией воды и входом ее в загрузку 3, что практически исключает окисление двухвалентного железа в воде до входа ее в загрузку и кольматацию ее поверхности. В результате резко увеличивается продолжительность фильтроцикла и снижаются затраты воды на промывку. Вода из фильтров 1 по трубопроводу 7 отводится в верхнюю часть напорного бака 8, предотвращая замерзание воды в нем в зимний период. В связи с тем, что через сопло водо-воздушного эжектора вода поступает в его камеру смешения, где давление не зависит от потерь напора в загрузке и всегда равно атмосферному, обеспечивается совершенно равномерное распределение исходной воды по всем фильтрам. При установке фильтров разного диаметра одинаковая скорость фильтрования достигается при соблюдении пропорциональности между диаметрами сопел эжекторов и фильтров. Хорошее смешение воды с воздухом в водо-воздушном эжекторе, наличие экрана 11 и воздушной подушки, при постоянном отводе избыточного воздуха через вантуз 9, обеспечивают отдувку свободной углекислоты и сероводорода в случае их наличия. Разумеется,количество подаваемого воздуха на единицу объема воды определяется содержанием указанных газов. Таким образом, предложенные технические решения позволяют не только осуществлять хорошую аэрацию воды, но и обеспечивают идеальное распределение исходной воды по всем работающим фильтрам, а при наличии нежелательных газов - и их отдувку. 3 7381 1 2005.09.30 При увеличении потерь напора в загрузке 3 до предельного значения производится ее промывка. Для этого открывается задвижка 15, в результате чего вода из напорного бака 8 через обратный клапан 20, задвижку 16, диафрагму 17 и распределительную систему 2 поступает в загрузку 3, взвешивая и промывая ее. В это время исходная вода с прежним расходом поступает на сброс в трубопровод 14 и уходит вместе с промывной водой. По окончании промывки задвижку 15 закрывают и фильтр переходит в режим фильтрования. В предложенной установке каждый фильтр оборудован тремя задвижками и только одна из них является оперативной, что предельно упрощает эксплуатацию. Каждый фильтр прототипа оборудован четырьмя оперативными задвижками. Промывка одного из фильтров не отражается на работе остальных, так как исходная вода, проходящая через сопло водо-воздушного эжектора, сбрасывается вместе с промывной. В связи с малым временем промывки (не более 6-8 мин.) объем сбрасываемой воды небольшой. Потери воды при промывке фильтров прототипа более значительны, т.к. время простоя их при промывке составляет не менее 20 мин. В целом же, с учетом предложенных технических решений, увеличивающих длительность фильтроцикла, затраты воды на промывку фильтров не превышают 0,5-1 . На принятой в качестве прототипа установке эти потери достигают 4-6 . Наличие диафрагмы 17 на трубопроводе 6 отвода фильтрата и подачи промывной воды, которая установлена для гашения избыточного напора с целью обеспечения требуемой интенсивности промывки, практически не отражается на режиме фильтрования, т.к. величина гасимого напора при промывке, как правило, небольшая, а в режиме фильтрования она уменьшается почти в 100 раз. При наполнении напорного бака 8 до максимальной отметки замыкается контакт датчика уровня воды 21 и станция управления отключает скважинный насос. При этом обратные клапаны 21 водо-воздушных эжекторов предотвращают истечение воды в атмосферу. При снижении уровня воды в напорном баке 8 до нижнего предела скважинный насос включается и фильтры начинают работать в режиме фильтрования. Для определения эффекта от установки вантуза с подводящим трубопроводом, низ которого размещен с зазором к фильтрующей загрузке, проведены испытания на воде, содержащей 2,1 мг/дм 3 двухвалентного железа. Напорный фильтр диаметром 1 м был загружен биомассой. Скорость фильтрования 6,2 м/ч. Промывка фильтра производилась при потерях напора в загрузке 7 м. Длительность фильтроцикла при наличии подводящего трубопровода вантуза и предлагаемом ее размещении составляла 305-340 часов. При отсутствии подводящего трубопровода фильтроцикл составлял 72-85 ч. В обоих случаях содержание железа в фильтрате было в пределах 0,1-0,14 мг/дм 3. Источники информации 1. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - . 1996. - С. 392. 2. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А., Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - . Высшая школа, 1984. - С. 264 (прототип). 3. Патент Республики Беларусь 1416, МПК 02 1/62, 1996. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.