установка для обезжелезивания подземных вод

Формула изобретения

Установка для обезжелезивания подземных вод, содержащая вертикальный корпус, разделенный горизонтальными перфорированными перегородками на секции, заполненные зернистой фильтрующей загрузкой с образованием воздушных полостей, трубопроводы для подачи исходной воды и отвода фильтрата, систему аэрирования и трубопровод для отвода воздуха и промывной воды, отличающаяся тем, что секции выполнены разъемными и снабжены сетчатыми обечайками, концентрично расположенными на расстоянии одна от другой, не превышающем толщину слоя загрузки, прикрепленными к перфорированным перегородкам и расположенными над загрузкой сборными желобами, соединенными с трубопроводом для отвода воздуха и промывной воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области водоснабжения, в частности к очистке природных вод и может применяться в системах водоподготовки.

Известна установка для обезжелезивания подземных вод, работающая в режиме сухой фильтрации, включающая корпус с фильтрующей загрузкой, устройство для распределения исходной воды над загрузкой, дренажную систему, располагаемую в корпусе, трубопроводы подачи исходной воды и воздуха для образования водовоздушной эмульсии, а также трубопроводы отвода очищенной воды и воздуха со свободной углекислотой из дренажной системы [1].

Недостатком известного технического решения являются низкие эксплуатационные качества установки, обусловленные следующим:

ограниченностью применения по исходным условиям, поскольку исключается возможность использования установки при содержании в исходной воде железа более 5 мг/л, свободной углекислоты более 100 мг/л и при водородном показателе pH 6,6 из-за того, что при указанных условиях дегидратированные соединения железа не образуются, а гидроксид железа имеет в 4....5 раз больший объем, что существенно увеличивает интенсивность роста потерь напора в загрузке и сокращает продолжительность фильтроцикла, а требуемый эффект очистки не достигается;

необходимостью демонтирования фильтра при регенерации фильтрующей загрузки, что снижает эффективность его эксплуатации при сокращении продолжительности фильтроцикла и соответствующем учащении промывок.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является установка для обезжелезивания подземных вод, содержащая вертикальный корпус, разделенный горизонтальными перфорированными перегородками на секции, заполненные зернистой фильтрующей загрузкой с образованием воздушных полостей, трубопровода для подачи исходной воды и отвода фильтрата, систему аэрирования и трубопровод для отвода воздуха и промывной воды [2].

Недостатками этой известной установки являются ее низкие эксплуатационные качества.

Цель изобретения - обеспечение безреагентной очистки подземных вод от железа, повышение эффекта очистки при высоком содержании в ней агрессивных газов, высокой концентрации железа и низком водородном показателе (pH 5,8 - 7,0), а также при наличии трудноокисляемых железоорганических комплексов и железобактерий и улучшение эксплуатационных качеств установки за счет регенерации фильтрующей загрузки без демонтирования корпуса и исключение смещения слоев загрузки при их малой мощности в момент промывки ее обратным током воды, а также за счет обеспечения высокой приспосабливаемости установки к конкретным условиям очистки.

На чертеже представлена установка, продольный разрез.

Установка для обезжелезивания подземных вод состоит из вертикального корпуса 1, разделенными перфорированными перегородками 2 на разъемные цилиндрические секции или модули 3, заполненные зернистой фильтрующей загрузкой 4 с образованием воздушных полостей 5, в которых расположены сборные желоба 6. В каждой секции концентрично установлены сетчатые обечайки 7 на расстоянии одна от другой, не превышающем толщину слоя загрузки в секции, прикрепленные к перегородкам 2.

Сборные желоба 6 соединены патрубками 8 с трубопроводом 9 для отвода воздуха и промывной воды.

Над верхней секцией или модулем 3 установлена система аэрирования воды, выполненная, например, в виде нескольких напорных патрубков 10, соединенных с трубопроводом для подачи исходной воды 11 и оснащенных отбойными пластинами 12. Нижний модуль оснащен патрубком 13 для отвода очищенной воды (фильтрата) и патрубком 14 для подачи промывной воды. Нижний конец трубопровода 9 расположен над лотком 15 для сброса промывной воды.

Установка работает следующим образом.

По подводящему напорному трубопроводу 11 очищаемая вода подается в напорные патрубки 10 с соплами, оснащенные отбойными пластинами 12, обеспечивающими диспергирование или разбрызгивание струи воды в верхней полости 5. В результате диспергирования вода насыщается кислородом, чем обеспечивается окисление части соединений железа, присутствующего в очищаемой воде в основном в закисных формах. Кроме того, за счет разности парциального давления растворенных газов (в частности, свободной двуокиси углерода и сероводорода) в воде и в верхней полости 15 установки и за счет увеличения площади контакта воды и воздуха при диспергировании потока происходит их частичное выделение из очищаемой воды и удаление через патрубок 8 и трубопровод 9 в атмосферу. После диспергирования вода распределяется по поверхности незатопленной фильтрующей загрузки 4 верхнего модуля 3 и свободно движется через ее поры. При этом на зернах загрузки формируется адсорбционно-каталитическая пленка из соединений железа, повышающая эффективность процесса обезжелезивания. После образования пленки в загрузке 4 верхнего модуля 3 задерживается определенная часть железа, причем в процессе обезжелезивания при наличии в воде железа в карбонатной форме выделяется дополнительное количество свободной углекислоты (двуокиси углерода). Далее вода проходит в воздушную полость 5 второго модуля 3, из которой через патрубок 8, соединенный трубопроводом 9, удаляется часть остаточного количества двуокиси углерода, в том числе и образовавшегося в процессе окисления солей железа при фильтрации через фильтрующий слой верхнего модуля, а вода дополнительно насыщается кислородом и движется через следующий слой фильтрующей загрузки 4 такой же мощности, уложенный на горизонтальную перфорированную перегородку 2 второго модуля 3 и вновь поступает в воздушную полость 5 третьего модуля 3, где протекают процессы, аналогичные процессам, протекающим в предыдущем модуле 3. Количество модулей 3 определяется технологическим моделированием, например, при содержании железа до 10 мг/л и свободной двуокиси углерода до 160 мг/л в воде, подаваемой непосредственно в фильтровую загрузку 7 с крупностью зерен 3-6 мм, достаточно 5-6 модулей. Обработанная вода из фильтрующей загрузки 7 последнего нижнего модуля 3 отводится в дренажную систему и через патрубок 13 подается потребителю.

При концентрации железа в очищаемой воде более 10 мг/л для увеличения грязеемкости фильтрующей загрузки 7 в одном - двух верхних модулях 3 она выполняется из материала с большей крупностью зерен, например, 4-8 мм, что обеспечивает увеличение продолжительности фильтроцикла. При наличии в исходной воде железоорганических комплексных соединений, что как правило, сопровождается присутствием железобактерий, в одном - двух нижних модулях 3 фильтрующая загрузка 4 выполняется из материала с высокими сорбционными свойствами, например, из активированного угля. В связи с тем, что такая загрузка укладывается только в нижних модулях 1, интенсивность кольматации ее невелика, поскольку в ней сорбируются только относительно небольшое остаточное количество соединений железа (сложноокисляемые формы) и железобактерии, основная же часть железа задерживается в верхних модулях 3, поэтому регенерация загрузки не усложняется.

По мере накопления соединений железа, выделяемых в процессе обезжелезивания и задерживаемых в фильтрующей загрузке 4, увеличивается ее фильтрационное сопротивление. Поскольку основное количество железа задерживается в слоях загрузки верхних модулей 3, то наибольшее сопротивление к концу фильтроцикла наблюдается именно в этих слоях. При этом над фильтрующей загрузкой 4 верхнего модуля образуется слой воды с постепенным повышением уровня до кромки сборного желоба 6, происходит перелив ее в сборный желоб 6 и поступление через патрубок 8 в вертикальный трубопровод 9, что свидетельствует о необходимости промывки фильтрующей загрузки 4. Для промывки фильтрующей загрузки 4 прекращается подача исходной воды в верхнюю полость 5 установки и отвод воды по трубопроводу 14, а по лотку 15 в дренажную систему фильтра подается промывная вода с интенсивностью 10 - 15 л/см. Проходя через слой фильтрующей загрузки 4 нижнего модуля 3, вода вымывает задержанные в нем соединения железа и через сборный желоб 6 нижнего модуля 3 по патрубку 8 с открытым запорным органом (задвижкой) отводится в вертикальный трубопровод 9 и по лотку 15 - в канализацию. После промывки фильтрующей загрузки 4 нижнего модуля 3 (0,5-1,0 мин) запорный орган на патрубке 8 этого модуля перекрывается, чем обеспечивается промывка следующего слоя фильтрующей загрузки 4. Таким образом промываются все слои фильтрующей загрузки. При промывке фильтрующей загрузки обратным током воды наблюдается ее "расширение" - увеличение высоты слоя, которое составляет не более 30% мощности слоя загрузки. В связи с этим высота кромки сборного желоба 3 должна быть выше поверхности загрузки 4 в каждом модуле, при толщине слоя загрузки 0,23-0,40 м указанное превышение составляет, соответственно, 7-12 см. В каждом модуле фильтрующая загрузка 4 помещена между обечайками с вертикальными стенками, концентрически установленными одна в другой и закрепленными на перегородках 2. Причем расстояние между стенками обечаек 7 выполняется таким, чтобы оно не превышало толщины слоя фильтрующей загрузки 7, т.е. при указанной выше мощности загрузки 4 расстояние между стенками обечаек 7 принимается, соответственно, 0,2-0,4 м. В этом случае при регенерации фильтрующей загрузки 4 промывкой обратным током воды, в восходящем потоке которой происходит ее расширение только в вертикальном направлении без смещения в плане. Мощность загрузки 4 после завершения промывки не изменяется, оставаясь постоянной по всей площади модуля. Наличие вертикальных стенок обечаек 7 не влияет на качество очистки воды, поскольку стенки обечаек выполняются сетчатыми и пристеночный эффект, возникающий при нарушении пористой структуры загрузки 4 вблизи вертикальных стенок, не наблюдается. После промывки фильтрующей загрузки 4, продолжительность которой не превышает 5-7 мин, запорные органы на патрубках 8 открываются и установка вновь включается в работу.