Установка для обезжелезивания подземной воды

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ВОДЫ(71) Заявитель Частное производственное унитарное предприятие Полимерконструкция(72) Авторы Седлуха Сергей Петрович Иванов Сергей Анатольевич Рудак Александр Васильевич(73) Патентообладатель Частное производственное унитарное предприятие Полимерконструкция(57) Установка для обезжелезивания подземной воды, содержащая трубопровод подачи исходной воды и соединенные трубопроводами с запорной арматурой напорные фильтры,водонапорный бак, установленные на подводящем трубопроводе каждого напорного фильтра устройства для насыщения воды кислородом, каждое из которых выполнено в виде водовоздушного эжектора, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой через обратный клапан, а также устройства для отвода нерастворившегося воздуха, установленные на каждом напорном фильтре, отличающаяся тем, что она оборудована обводным трубопроводом, соединенным с трубопроводом подачи исходной воды через регулятор давления до себя, причем на подводящем трубопроводе, соединяющем каждый напорный фильтр с обводным трубопроводом, дополнительно установлены ремонтная араматура, обратный клапан и устройство для насыщения воды кислородом,выполненное в виде водовоздушного эжектора. 10695 1 2008.06.30 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. Установка предназначена для реализации на напорных фильтрах безреагентной технологии обезжелезивания воды по методу фильтрования с упрощенной аэрацией. Подобные установки широко известны, например известна установка для обезжелезивания подземных вод 1, содержащая напорные фильтры и водонапорный бак, соединенные между собой трубопроводами с запорной арматурой. Исходная вода на установку подается насосами (насосом) из артезианских скважин. В таких установках воздух, содержащий кислород, который необходим 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 с помощью трубопроводов распределяется на все фильтры, нерастворившийся воздух отводится с помощью воздушных вантузов, установленных в верхних точках подводящих трубопроводов или фильтров. Такие установки обладают рядом недостатков. В них не обеспечивается равномерное распределение исходной воды по всем работающим фильтрам и отсутствует возможность регулирования скорости фильтрования. Имеет место значительный разрыв во времени между аэрацией воды и входом ее в фильтрующую загрузку, что приводит к окислению части двухвалентного железа, выпадению образовавшейся гидроокиси на поверхность загрузки и, как следствие, к резкому сокращению длительности фильтроцикла. Во время промывки одного из фильтров нарушается режим работы остальных. Кроме сказанного такие установки характеризуются повышенной сложностью эксплуатации, так как при промывке каждого фильтра приходится оперировать четырьмя задвижками. Перечисленные недостатки в значительной степени устранены в установке 2, которая является наиболее близким к изобретению техническим решением. Эта установка содержит напорные фильтры, водонапорный бак и устройства для насыщения воды кислородом, соединенные трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой. Устройство для насыщения воды кислородом выполнено в виде водовоздушного эжектора, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой через обратный клапан, и установлено на подводящем трубопроводе каждого напорного фильтра. На каждом напорном фильтре установлен воздушный вантуз, низ подводящей трубы которого размещен с зазором к фильтрующей загрузке. Данная установка имеет весьма существенный недостаток, который в ряде случаев приводит к значительному перерасходу энергии на подачу воды и усложняет ее эксплуатацию. Известно, что для нормальной работы водовоздушного эжектора, когда в его камере смешения поддерживается давление, равное атмосферному, и атмосферный воздух поступает в воду, требуется определенный (расчетный) напор воды на входе в эжектор,который, в свою очередь, зависит от расхода воды, поступающей на вход эжектора. Если расход воды и соответственно напор окажутся ниже расчетных значений, то давление в камере смешения поднимется выше атмосферного, подача воздуха в воду прекратится, а обратный клапан на всасывающем патрубке эжектора закроется, что предотвратит утечку воды из эжектора. При подаче в фильтр, а следовательно, и на вход эжектора расхода воды выше расчетного значения, нормальная работа эжектора будет обеспечена. Однако увеличение расхода приведет к резкому увеличению напора, величина которого пропорциональна квадрату расхода. В результате вырастет напор скважинных насосов, что приведет к значительным дополнительным затратам электроэнергии на их привод. Таким образом, известная установка для обезжелезивания воды способна надежно и экономично работать только при подаче на каждый фильтр относительно стабильного расхода воды. Однако известно, что системы водоснабжения отличаются высокой неравномерностью водопотребления. А это, как правило, приводит и к неравномерной работе установок по 2 10695 1 2008.06.30 обезжелезиванию. Решать же вопрос неравномерной работы известной установки путем изменения количества работающих фильтров неэкономично и нежелательно по ряду технических причин. Задача изобретения - увеличение глубины очистки воды от железа, повышение экономичности и надежности работы установки и упрощение ее эксплуатации путем устранения недостатков прототипа. Указанная задача решается тем, что в установке для обезжелезивания подземной воды, содержащей соединенные трубопроводами с запорной арматурой напорные фильтры,водонапорный бак, устройства для насыщения воды кислородом, установленные на подводящем трубопроводе каждого напорного фильтра и выполненные каждое в виде водовоздушного эжектора, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой через обратный клапан, а также устройства для отвода нерастворившегося воздуха, установленные на каждом напорном фильтре, в отличие от прототипа, она оборудована обводным трубопроводом, соединенным с трубопроводом подачи исходной воды через регулятор давления до себя, а на подводящем трубопроводе от обводного трубопровода к каждому фильтру дополнительно установлены ремонтная арматура, обратный клапан и устройство для насыщения воды кислородом, выполненное в виде водовоздушного эжектора. На чертеже показана схема установки. Установка для обезжелезивания подземной воды включает напорные фильтры 1, соединенные основным (постоянно работающим) подводящим трубопроводом 2. Подводящий трубопровод 2 соединен с трубопроводом 3 подачи исходной воды от скважин. На подводящем трубопроводе 2 перед каждым напорным фильтром установлена ремонтная арматура, например задвижка 4, и водовоздушный эжектор 5, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой через обратный клапан. Каждый напорный фильтр 1 имеет распределительную (дренажную) систему 6, фильтрующую загрузку 7, экран 8 и устройство для отвода нерастворившегося воздуха, например воздушный вантуз 9 с подводящим трубопроводом 10, низ которого размещен с зазором к фильтрующей загрузке 7. Фильтры 1 соединены с напорным баком 11 трубопроводом 12 отвода фильтрата и подачи промывной воды. Между каждым фильтром 1 и трубопроводом 12 установлена запорная арматура, например задвижка 13. Напорный бак 11 соединен с трубопроводом 14 подачи очищенной воды потребителям, который соединен с трубопроводом 12 отвода фильтрата и подачи промывной воды через обратный клапан 15. Установка дополнительно снабжена обводным трубопроводом 16, соединенным с трубопроводом 3 подачи исходной воды через регулятор давления до себя 17. На трубопроводе, соединяющем каждый напорный фильтр 1 с обводным трубопроводом 16, установлена ремонтная арматура 18, обратный клапан 19 и водовоздушный эжектор 20, всасывающий патрубок которого соединен с атмосферой через обратный клапан. Каждый напорный фильтр 1 имеет также трубопровод 21 отвода промывной воды, на котором установлена запорная арматура, например задвижка 22. Основной (постоянно работающий) подводящий трубопровод 2 и все оборудование на нем рассчитывается на минимальную подачу воды от скважинного водозабора. Обводной трубопровод 16 рассчитывается на разность между максимальной (расчетной) подачей воды и минимальной. Работает заявленная установка следующим образом. После завершения промывки очередного фильтра задвижки 4, 13 и арматура 18 всех фильтров находятся в открытом состоянии, а задвижки 22 закрыты. В зависимости от расхода воды, подаваемой скважинным водозабором, вода в каждый фильтр поступает или только по основному подводящему трубопроводу 2, проходя через задвижки 4 и эжекторы 5, или по основному и обводному трубопроводу 16, проходя через арматуру 18, обратные клапаны 19 и эжекторы 20. Все пространство над загрузкой 7 промытого фильтра оказывается заполненным водой. Однако нерастворившийся воздух в воде, поступающей в промытый фильтр, образует воздушную подушку над поверхностью воды. 3 10695 1 2008.06.30 Уровень воды в фильтре в течение относительно небольшого времени падает до низа подводящей трубы 10 вантуза 9, и избыточный воздух через вантуз уходит в атмосферу. Фильтр переходит на стабильный режим работы при постоянном уровне воды в нем. Небольшой слой воды над загрузкой сводит к минимуму время между аэрацией воды и входом ее в загрузку 7, что практически исключает окисление двухвалентного железа в воде до входа ее в загрузку и кольматацию ее поверхности. При поступлении в фильтры воды только по основному подводящему трубопроводу 2 (при этом регулятор давления до себя 17 закрыт) обратные клапаны 19 на линиях подвода воды к каждому фильтру от обводного трубопровода 16 предотвращают переток воды из фильтров, в которых давление выше, в фильтры с более низким давлением. Очищенная вода из фильтров 1 через задвижки 13 по трубопроводу 12 отводится в водонапорный бак 11. В связи с тем что через сопло водовоздушного эжектора вода поступает в его камеру смешения, где давление не зависит от потерь напора в загрузке и всегда равно атмосферному, обеспечивается равномерное распределение исходной воды по всем фильтрам 1. Если на установку вода поступает с расходом, превышающим минимальное расчетное значение, но меньше максимального, регулятор давления до себя 17 частично открывается, поддерживая расчетный напор в основном подводящем трубопроводе 2. Исходная вода поступает в фильтры 1 по основному подводящему трубопроводу 2 и обводному 16. При этом водовоздушные эжекторы 20 на обводном трубопроводе 16 воздух не подают и выполняют роль гидравлических сопротивлений, ограничивающих поступление воды в каждый фильтр. Подача воздуха для окисления двухвалентного железа с избытком обеспечивается водовоздушными эжекторами 5, установленными на основном трубопроводе 2. Если на установку поступает вода с максимальным расчетным расходом, то регулятор давления до себя 17 открывается полностью, напор в основном 2 и обводном трубопроводе 16 уравнивается и оказывается равным расчетному. Вода в фильтры поступает по обоим подводящим трубопроводам 2 и 16. При этом воздух подается эжекторами 5 и 20. Установка сохраняет работоспособность и в случае подачи на нее расхода, превышающего расчетное (максимальное) значение. Разумеется, при этом возрастает напор перед эжекторами, что приводит к увеличению затрат энергии на подачу воды. При рассмотренных режимах работы и любых потерях напора в фильтрующей загрузке каждого фильтра (в пределах расчетных значений), скорость фильтрования на всех фильтрах не может превысить расчетной величины. При подаче же на установку максимального расчетного расхода воды или выше его, осуществляется равномерное распределение воды по всем фильтрам. При увеличении потерь напора в загрузке 7 фильтра до расчетного значения, производится ее промывка. Для этого открывается задвижка 22, в результате чего вода из напорного бака 11 через обратный клапан 15, задвижку 13 и распределительную систему 6 поступает в загрузку 7, взвешивая и промывая ее. В это время исходная вода с прежним расходом поступает на сброс в трубопровод 21 и выводится с установки вместе с промывной водой. По окончании промывки задвижку 22 закрывают, и фильтр переходит в режим фильтрования. Таким образом, заявленная установка более проста в эксплуатации, чем прототип, легко поддается автоматизации, требует меньших затрат электроэнергии на очистку и подачу воды и повышает степень очистки ее от железа, так как наличие обводной линии позволяет работать при минимальном напоре воды, подаваемой на установку при изменении ее расхода в пределах расчетных значений, а уменьшение скорости фильтрования при снижении расхода обеспечивает более глубокую очистку воды от железа и увеличивает продолжительность фильтроцикла, что, в свою очередь, снижает затраты воды на собственные нужды (промывку фильтров). 10695 1 2008.06.30 Источники информации 1. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - М., 1996. - С. 392. 2. Патент Республики Беларусь 7381, МПК С 02 1/64, 2005 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5