устройство для сорбционной очистки минеральных питьевых вод

Формула изобретения

1. Устройство для сорбционной очистки минеральных питьевых вод, включающее песочный предфильтр, соединенный с цилиндрической сорбционной колонной из коррозионно-стойкого материала, имеющей нижний и верхний фильтры с силовыми решетками, между которыми размещен угольный гранулированный сорбент, снабженной выгружным люком на уровне нижнего фильтра и загрузочным лючком в съемной выпуклой крышке и соединенной с постфильтром, отличающееся тем, что верхний фильтр с силовой решеткой герметично закреплен выше уровня угольного сорбента на внутренней поверхности колонны концентрически с просветом под образованным кольцевым фильтром, достаточным для прохождения отфильтрованной воды при заданном ее расходе и соединенным с выходным патрубком колонны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что силовая решетка верхнего фильтра опирается на упругие дуги, например на отрезки толстостенной трубы из пищевого полиэтилена, скрепленные с силовой решеткой и обеспечивающие требуемый просвет под фильтром.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для герметизации подфильтрового пространства края образованного кольцевого фильтра снабжены эластичным уплотнением, например, из пищевой резины, опираются на цельные кольца из упругого материала и прижимаются по периметру к внутренней поверхности колонны специальными прижимами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии обработки питьевых минеральных вод, в частности для удаления из подземных минеральных вод естественных примесей вредных органических веществ (фенолы, ароматические углеводороды, нефтепродукты и др.) без изменения солевого состава и лечебных свойств этих вод по известному способу/Патент РФ 1608131 с приоритетом от 25.04.1988 г./ и может быть использовано в бальнеотехнике для очистки бальнеологических минеральных вод наружного применения с целью их превращения в питьевые, пригодные для питьевого лечения на месте, и для промышленного розлива в бутылки.

Известно устройство для сорбции из сточных вод нитропродуктов активированным углем. Устройство состоит из двух сорбционных колонн, работающих поочередно. Активный уголь загружен в колоннах на подстилающий слой из кокса, уложенного на деревянную решетку (нижний фильтр), сверху угольный сорбент покрыт слоем кокса и закрыт второй деревянной решеткой (верхний фильтр). Сточные воды, загрязненные нитропродуктами (100-400 мг/л) поступают в нижнюю часть одной из колонн. При нагрузке 3 куб.м/кв.мчас очищенные первые порции сточных вод содержат 2-4 мг/л нитропродуктов, т.е. степень загрязнения снижается примерно в сто раз /Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Под общей редакцией В.Н. Самохина. 2-е издание, переработанное и дополненное. М., Стройиздат, 1981 г., стр.173/.

Недостатком этого устройства является трудность загрузки-выгрузки сорбента, связанная с необходимостью удаления для этого верхнего фильтра.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство для обработки водно-спиртовых смесей активным углем разной степени зернения. Устройство состоит из двух песочных фильтров (предфильтр), соединенных с нижней частью угольной сорбционной колонны из коррозийностойкого материала (луженая медь), которая в свою очередь соединена с керамическими фильтрами (постфильтры), очищающими обработанные в колонне водно-спиртовые смеси от угольного шлама, образующегося в угольной сорбционной колонне.

Сорбционная колонна состоит из цилиндрического корпуса с выпуклым днищем, имеющим входной патрубок, и съемной выпуклой крышкой, в которой имеется лючок для загрузки сорбента и выходной патрубок, соединенный с постфильтром и с паропроводом.

Внутри корпуса имеется закрепленный нижний фильтр с силовой решеткой, на который уложен слой угольного сорбента, покрытого сверху верхним фильтром с разъемной силовой решеткой, вынимаемой перед догрузкой угля через верхний лючок в крышке. На уровне нижнего фильтра в корпусе колонны установлен нижний разгрузочный люк. Ток водно-спиртовой смеси осуществляется в колонне снизу вверх через входной и выходной патрубки. Очистка от угольного шлама производится на керамических фильтрах, соединенных с выходным патрубком. Через 10-15 дней работы угольный сорбент в колонне оседает и для его догрузки верхнюю решетку складывают и вынимают через верхний лючок вместе с фильтром, а после догрузки сорбента верхний фильтр вновь устанавливают на поверхности угля, закрывают лючок и продолжают процесс обработки.

Недостатком этого устройства, как и описанного выше является сложность доступа к поверхности угля при загрузке и догрузке угля, связанная с необходимостью удаления и установки фильтра, через небольшой верхний лючок. Кроме того, затруднена герметизация верхнего фильтра /Славуцкая Н.И. Технология ликерно-водочного производства (Учебник для подготовки рабочих на производстве). - М.: "Легкая и пищевая промышленность, 1982 г., стр. 72-75/.

Для устранения отмеченных недостатков предлагается устройство для сорбционной очистки минеральных питьевых вод, включающее песочный предфильтр, соединенный с цилиндрической сорбционной колонной из коррозийно-стойкого материала, имеющей нижний и верхний фильтры с силовыми решетками, между которыми размещен гранулированный сорбент, снабженной выгружным люком на уровне нижнего фильтра и загрузочными лючком в съемной выпуклой крышке и соединенной с постфильтром, отличающееся тем, что верхний фильтр с силовой решеткой герметично закреплен выше уровня угольного сорбента на внутренней поверхности колонны концентрически с просветом под образовавшимся кольцевым фильтром, достаточным для прохождения отфильтрованной воды при заданном ее расходе и соединенным с выходным патрубком колонны.

Кроме того, устройство отличается тем, что силовая решетка верхнего фильтра опирается в средней части на упругие дуги, например, на отрезки толстостенной трубы из пищевого полиэтилена, скрепленные с силовой решеткой и обеспечивающие требуемый просвет под фильтром.

Устройство отличается также тем, что для герметизации подфильтрового пространства края образованного кольцевого фильтра снабжены эластичным уплотнением, например, из пищевой резины, опираются на цельные кольца из упругого материала и прижимаются по периметру к внутренней поверхности колонны специальными прижимами.

Предлагаемое устройство позволяет легко производить загрузку и догрузку сорбента без затрудненного удаления и повторной установки верхнего фильтра, необходимого в известном устройстве. Это достигается за счет того, что верхний фильтр, выполненный в форме кольца, закрепленного на внутренней поверхности колонны, выше уровня сорбента, оставляет свободной поверхность сорбента, не препятствуя его загрузке и догрузке. Предлагаемая герметизация краев образованного кольцевого фильтра предотвращает проскок угольной взвеси в отфильтрованную минеральную воду, улучшая тем самым качество ее очистки и унос частиц сорбента. Использование в качестве постфильтра песочного фильтра резко снижает потерю напора в сравнении с керамическим фильтром, кроме того, мелкие частицы угольного сорбента, прошедшие через кольцевой фильтр и задержанные на песочном фильтре, продолжают сорбировать удаляемые вредные вещества, дополнительно очищая минеральную воду.

Предлагаемое устройство для сорбционной очистки минеральных питьевых вод схематически представлено на фиг.1, а детали крепления верхнего кольцевого фильтра на внутренней поверхности сорбционной колонны - на фиг.2.

Данное устройство, представленное на фиг.1, включает песочный предфильтр 1, соединенный через регулирующий клапан 2 и расходомер 3 с входным патрубком 4 сорбционной колонны, состоящей из цилиндрического корпуса 5, имеющего выпуклое днище 6 с входным патрубком 4 и сбросным патрубком 7 с запорным клапаном 8. Внутри корпуса над днищем 6 закреплен нижний фильтр 9 с силовой решеткой, на уровне которого в корпусе имеется разгрузочный люк 10. На нижнем фильтре 9 размещен слой активного гранулированного угольного сорбента 11, над которым на внутренней стенке корпуса колонны закреплен кольцевой фильтр 12 с силовой решеткой. Верхняя часть корпуса колонны снабжена съемной выпуклой крышкой 13, в которой имеются небольшой загрузочный лючок 14 и манометр 15. В корпусе колонны на уровне верхней части кольцевого фильтра 12 имеется выходной патрубок 16, сообщающийся с верхней частью подфильтровой полости кольцевого фильтра 12 и соединенный через запорный клапан 17 с паропроводом, через запорный клапан 18 с водопроводом пресной воды и через регулирующий клапан 19 - с песочным постфильтром 20, выходной патрубок которого через обеззараживатель 21, в качестве которого может быть использован известный ультрафиолетовый облучатель, соединен с линией потребления 22 очищенной питьевой минеральной воды.

Конструкция верхнего кольцевого фильтра, представленная на фиг.2, включает силовую решетку 23 с фильтрующим элементом 24, опирающихся в средней части на упругие дуги 25 из отрезков толстостенной трубы из пищевого полиэтилена, скрепленные с силовой решеткой фильтра для фиксации их положения. Края фильтра 12 снабжены эластичным уплотнением 26 и опираются на цельные упругие кольца 27 из пищевого полиэтилена или другого упругого материала, а для герметизации прижимаются по периметру края специальными прижимами 28.

Устройство работает следующим образом.

Исходная минеральная вода под давлением поступает в песочный предфильтр 1, где очищается от природных взвешенных частиц. Осветленная вода из песочного фильтра поступает через регулирующий клапан 2 и расходомер 3, которые поддерживают заданный расход воды, отрегулированный поток воды поступает во входной патрубок 4 сорбционной колонны. Далее вода, пройдя через нижний фильтр 9, очищается от растворенных вредных примесей органических веществ, проходя через слой загруженного в колонну сорбента 11. Увлеченные частички сорбента отделяются при прохождении воды через верхний кольцевой фильтр 12. Далее минеральная вода, пройдя между и внутри опорных дуг подфильтрового пространства, через клапан 19, регулирующий заданное давление в сорбционной колонне по показаниям манометра 15, поступает в песочный постфильтр 20, где минеральная вода очищается от тонкой взвеси угольного шлама, образующегося в сорбционной колонне и не задержанного верхним кольцевым фильтром 12. Очищенная и осветленная минеральная вода из постфильтра 20 поступает в обеззараживатель 21, в качестве которого может быть использован ультрафиолетовый облучатель или другой известный обеззараживатель. Очищенная, осветленная и обеззараженная минеральная вода, удовлетворяющая требованиям, предъявляемых к питьевым минеральным водам, из обеззараживателя 21 поступает в линию потребления 22 питьевой минеральной воды.

Для регенерации сорбента и промывки через выходной патрубок 16 при закрытых клапанах 19 и 18 и открытом клапане 17 в колонну поступает пар из паропровода, а при закрытых клапанах 17 и 19 и открытом клапане 18 в колонну поступает пресная вода из водопровода, заполняющая колонну при закрытом клапане 8 сбросного патрубка и открытом лючке 10 для выпуска вытесняемого воздуха в колонне. После заполнения колонны пресной водой промывные воды сбрасываются при открытом клапане 8, через который сбрасываются также конденсат и пар при пропаривании сорбента при закрытом лючке 14.

После потери сорбционных свойств угольного сорбента или резком их снижении, не восстанавливаемом после регенерации, угольный сорбент выгружается через разгрузочный люк 10.

Загрузка свежего сорбента производится в промытую и пропаренную сорбционную колонну с очищенным нижним и верхним фильтрами засыпкой через верхний лючок 14 до уровня нижнего края кольцевого фильтра 12.

Пример осуществления изобретения

Изготовленное устройство было испытано для очистки минеральной термальной высокоминерализованной кремнистой воды хлоридного натриевого состава скважины 1-Т Джемухская на Кавказских Минеральных Водах.

Устройство состояло из цилиндрического песочного предфильтра 1 диаметром 0,3 м и высотой 1,6 м, в крышке которого имелся регулируемый клапан для сброса в атмосферу сопутствующего спонтанного газа. Минеральная вода перед входом в предфильтр охлаждалась до температуры 20-30^oС. Предфильтр был соединен через клапан, регулировавший заданный расход воды 2 и расходомер 3 с входным патрубком 4 диаметром 16 мм сорбционной колонны 5. Колонна состояла из цилиндрического нержавстального корпуса диаметром 0,3 м и высотой 2,0 м. В связи со сравнительно малым диаметром днище и крышка колонны были плоскими. В днище 6 имелся сбросной патрубок 7 с запорным клапаном 8. Входной патрубок 4, установленный в нижней части корпуса колонны, был соединен в полости колонны с коллектором, равномерно распределявшим поток воды по площади сечения колонны. Над коллектором в колонне на высоте 0,15 м был закреплен нижний фильтр 9 с силовой решеткой. На нижнем фильтре покоился слой угольного гранулированного сорбента 11 высотой 1,6 м. В свободном пространстве высотой 0,25 м над поверхностью сорбента на внутренней поверхности колонны был закреплен верхний кольцевой фильтр 12 шириной 0,15 м, имевшем площадь фильтрации 0,13 кв. м, что превышало площадь поперечного сечения колонны в 1,8 раза.

В верхней части подфильтрового пространства в цилиндрическом корпусе колонны имелся выходной патрубок 16 диаметром 16 мм. Кольцевой фильтр состоял из силовой решетки 23 и фильтрующего элемента 24, в качестве которого была использована нержавстальная сетка с ячейками 0,2 мм, опиравшихся в средней части на дуги из отрезков толстостенной полиэтиленовой трубы диаметром 16 мм. Края кольцевого фильтра, на которые были одеты уплотнительные кольца из разрезанной вдоль резиновой трубки, опирались на цельные кольца из указанной выше полиэтиленовой трубы и прижимались по периметру к внутренней поверхности колонны упругими пластинчатыми нержавстальными прижимами, закрепленными на этой поверхности. В съемной плоской крышке 13 колонны имелись загрузочный лючок 14 диаметром 0,12 м с крышкой, манометр 15 и предохранительный клапан, обеспечивавший стабильность верхнего предела давления в колонне и одновременно позволявший сбрасывать появлявшийся в колонне спонтанный газ.

Выходной патрубок 16 колонны был соединен с паропроводом через запорный клапан 17, с линией пресной воды через запорный клапан 18 и с песочным постфильтром 20 диаметром 0,3 м, высотой 1,6 м через клапан 19, регулировавшим требуемое давление в колонне.

Постфильтр 20 был соединен с ультрафиолетовым обеззараживателем 21, в качестве которого была использована установка ультрафиолетовой стерилизации воды марки 11 ЧВО-2-001. Выходной патрубок обеззараживателя был соединен с линией потребления питьевой минеральной воды 22.

Испытания устройства показали, что время на операциях загрузки и догрузки сорбента сокращается в 5-6 раз, падение напора в сорбционной колонне оказалось незначительным - менее 0,01 МПа за счет большей площади фильтрации верхнего кольцевого фильтра в сравнении с известным плоским фильтром на поверхности сорбента. Проскок угольной взвеси через кольцевой фильтр не отмечался. Тонкий угольный шлам, проходивший через верхний кольцевой фильтр, задерживался на песочном постфильтре, где продолжал очистку проходившей через фильтр минеральной воды.

Таким образом, использование предлагаемого устройства резко упрощает его обслуживание при работе, сокращая время загрузки и догрузки сорбента в 5-6 раз, исключает проскок сорбента из колонны, повышая тем самым качество очищенной питьевой минеральной воды, получаемой на этом устройстве. Использование в качестве постфильтра песочного фильтра, очищающего минеральную воду от угольного шлама, прошедшего через кольцевой фильтр из сорбционной колонны, позволяет резко снизить потери напора на этом аппарате.