устройство для очистки воды и сточных вод

Формула изобретения

Устройство для очистки воды методом контактной коагуляции, содержащее резервуар, узлы подвода очищаемой и промывной воды и отвода фильтрата и промывной воды, слой фильтрующего материала, дренажную систему и распределительную систему перфорированных трубопроводов, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено смесительным устройством, например шайбой, установленной непосредственно перед распределительной системой перфорированных трубопроводов, отверстия которых направлены вниз под углом 45° к вертикали, причем распределительная система расположена на высоте 50-300 мм над верхним слоем фильтрующего материала и соединена с системой подачи промывной воды трубопроводом, на котором установлена ограничительная шайба для подачи промывной воды в распределительную систему, размер отверстий которой выбран таким образом, чтобы скорость выхода воды из отверстий составляла 1-3 м/с как при работе фильтра, так и при его промывке, при этом верхний слой фильтрующего материала высотой 50-150 мм представлен легким крупнозернистым материалом, например недробленым керамзитом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сооружениям для очистки воды фильтрованием через зернистые загрузки и может применяться для очистки природных и сточных вод.

Известен контактный осветлитель, представляющий собой резервуар, содержащий узлы подвода очищаемой и промывной воды и отвода фильтрата и промывной воды, поддерживающие гравийные слои крупностью 5-40 мм общей высотой 0,45-0,6 м и слой фильтрующего материала, например песка крупностью 0,8-1,3 мм, высотой 1-1,3 м, при этом очистка воды производится путем ее обработки коагулянтом и/или флокулянтом и фильтрованием через слой фильтрующего материала в направлении снизу вверх, а периодическую промывку фильтрующего материала по мере его кольматации в процессе фильтрования осуществляют в направлении снизу вверх [1, 2].

Недостатками данного устройства является низкая производительность, обусловленная невозможностью повышения скорости фильтрования воды, что связано с нарушением однородности слоя фильтрующего материала. Это при повышении скорости фильтрования приводит к снижению времени защитного действия загрузки и ухудшению качества очистки. Контактный осветлитель эффективно работает только при вводе реагентов (коагулянта и флокулянта) вблизи от узла подвода жидкости, что на крупных сооружениях при большой длине подводящих трубопроводов также ухудшает работу сооружений. Кроме того, фильтрат в первые 20-120 мин работы контактного осветлителя после промывки фильтрующего материала характеризуется низким качеством очистки, что связано с необходимостью образования на поверхности зерен гравийных слоев и нижнего слоя фильтрующего материала хлопьев скоагулированных загрязнений

Наиболее близким к предлагаемому устройству является контактный фильтр, содержащий резервуар, узлы подвода очищаемой и промывной воды и отвода фильтрата и промывной воды, дренажное устройство, например из полимербетонных плит, и слой фильтрующего материала, например песка крупностью 0,5-1,2 мм, высотой 0,6-0,8 м и антрацитовой крошки крупностью 0,8-1,8 мм высотой 0,6-0,8 м или кварцевого песка крупностью 0,5-1 мм, аглопорита крупностью 2-3 мм и керамзита крупностью 3-5 мм высотой по 0,5 м каждый, при этом очистка воды производится путем ее обработки коагулянтом и/или флокулянтом и фильтрованием через слой фильтрующего материала в направлении сверху вниз, при этом подача очищаемой воды на поверхность фильтрующей загрузки осуществляется через распределительную систему перфорированных трубопроводов, расположенную на высоте 100-150 мм над фильтрующей загрузкой, а периодическую промывку фильтрующего материала по мере его кольматации в процессе фильтрования проводят в направлении снизу вверх [3].

Изменение направления фильтрования позволяет увеличить скорость фильтрации до 20 м/час, однако, как и первое, это устройство характеризуется низким качеством очистки воды в первые 20-120 мин работы после промывки фильтрующего материала, что связано с необходимостью образования на поверхности зерен верхнего слоя фильтрующего материала хлопьев скоагулированных загрязнений. Для устранения негативных последствий этого явления первый фильтрат контактных осветлителей и контактных фильтров необходимо сбрасывать в канализацию, что ухудшает технико-экономические показатели этих сооружений.

Задачей изобретения является увеличение производительности за счет более эффективной контактной коагуляции и повышение эффективности удаления примесей путем интенсификации промывки фильтрующего материала.

Техническим результатом является увеличение фильтроцикла и снижение содержания остаточного алюминия в фильтрате.

Поставленная задача достигается тем, что контактный фильтр, содержащий резервуар, узлы подвода очищаемой и промывной воды и отвода фильтрата и промывной воды, слой фильтрующего материала, дренажную систему и распределительную систему перфорированных трубопроводов, дополнительно снабжен смесительным устройством, например шайбой, установленной непосредственно перед распределительной системой перфорированных трубопроводов, отверстия которых направлены вниз под углом 45° к вертикали, причем распределительная система расположена на высоте 50-300 мм над верхним слоем фильтрующего материала и соединена с системой подачи промывной воды трубопроводом, на котором установлена ограничительная шайба для подачи промывной воды в распределительную систему, размер отверстий в которой выбран таким образом, чтобы скорость выхода воды из отверстий составляла 1-3 м/с как при работе фильтра, так и при его промывке, при этом верхний слой фильтрующего материала высотой 50-150 мм представлен легким крупнозернистым материалом, например недробленым керамзитом.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить качество очистки воды за счет создания оптимальных условий для хлопьеобразования в верхних слоях фильтрующего материала и производительности сооружения за счет быстрого образования на поверхности верхнего слоя крупнозернистого материала хорошо сформированных хлопьев скоагулированных загрязнений, что позволяет сократить или полностью отказаться от сброса первого фильтрата.

Схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.

Устройство представляет собой корпус 5, имеющий узел подвода очищаемой воды с введенным в нее коагулянтом 1, узел отвода фильтрата 2, узлы подвода и отвода промывной воды 3 и 4, узел ввода флокулянта 6 и узел опорожнения 7, дренаж, например из перфорированных колпачков 8, фильтрующий материал 9, смесительное устройство 10, ограничительное устройство 11 и распределительную систему перфорированных трубопроводов 12.

Устройство работает следующим образом.

Вода после обработки коагулянтом по входному устройству подводится к узлу ввода флокулянта 6 и далее к смесительному устройству 10, а затем поступает в распределительную систему перфорированных трубопроводов 12, отверстия которых направлены вниз под углом 45° к вертикали (см. фиг.2).

Расстояние между вводом коагулянта и флокулянта должно быть достаточным для начала процесса хлопьеобразования, но не таким большим, чтобы этот процесс завершился. Так, например, для маломутных вод это расстояние выбирается так, чтобы время от ввода коагулянта до ввода флокулянта составляло 30-180 с.

Из распределительной системы 12 вода с коагулянтом и флокулянтом поступает в верхнюю часть фильтрующей загрузки 9, которая выполняется из легкого крупнозернистого материала, например недробленого керамзита.

При этом происходит интенсивное хлопьеобразование в объеме верхней части фильтрующей загрузки. Нижележащие части фильтрующей загрузки также участвуют в процессе хлопьеобразования, но в первые 10-120 мин после промывки фильтрующей загрузки их роль в контактной коагуляции выражена в меньшей мере.

По мере движения сверху вниз через фильтрующую загрузку вода освобождается от взвешенных и коллоидных частиц, и очищенная вода (фильтрат) отводится через узел отвода фильтрата 2.

Поскольку в процессе очистки происходит постепенная кольматация фильтрующей загрузки 9, необходима ее периодическая промывка.

Промывка проводится чистой водой, подаваемой через устройство подачи промывной воды 3 в направлении снизу вверх, при этом часть промывной воды через ограничительное устройство 11, например шайбу, поступает в распределительную систему перфорированных трубопроводов 12, что позволяет улучшить промывку верхней части фильтрующей загрузки 9, в котором скоагулированные хлопья имеют наибольшее сцепление с зернами загрузки из-за воздействия вводимого флокулянта. Отвод промывной воды производится через устройство 4.

Размер отверстий в распределительной системе 12 выбран таким образом, чтобы скорость выхода воды из отверстий составляла 1-3 м/с как при работе устройства, так и при его промывке. Оптимальное расстояние распределительной системы 12 над поверхностью фильтрующей загрузки 9 составляет 50-300 мм, при этом верхний слой фильтрующей загрузки высотой 50-150 мм выполняется из легкого крупнозернистого материала, например недробленого керамзита.

Пример.

Воду поверхностного водоисточника, характеризующуюся цветностью 32 град. и мутностью 10 мг/л, подвергают коагулированию и флокулированию, после чего воду с приведенной мутностью 18 мг/л осветляют фильтрованием по прототипу и изобретению.

В фильтрате воде определяют мутность, цветность и остаточный алюминий. При этом критерием эффективности способа является увеличение продолжительности фильтроцикла при мутности воды не выше 1 мг/л и цветности не выше 10 град.

Проводят две серии опытов. В 1-й серии опыт проводят до достижения предельно допустимой мутности фильтрата (1 мг/л), во 2-й - определяют качество фильтрата прототипа и изобретения при максимальном фильтроцикле изобретения, обеспечивающем установленные параметры качества.

Результаты опытов представлены в таблице.

Результаты в конце фильтроцикла	Прототип	Изобретение
1-я серия
Фильтроцикл, час	16	25
Мутность, мг/л	1,0	1,0
Цветность, град.	10	10
Остаточный алюминий, мг/л	0,3	0,2
2-я серия
Фильтроцикл, час	25	25
Мутность, мг/л	2,0	1,0
Цветность, град.	15	10
Остаточный алюминий, мг/л	0,35	0,2

Как видно из таблицы, очистка воды по изобретению по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность сооружений контактной фильтрации при одновременном улучшении качества воды.

Источники информации

СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1985. - С.36-38.

2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. - К.: Вища школа, 1986. - С.134-135.

3. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. - К.: Вища школа, 1986. - С.135-136 (прототип).