установка для подготовки питьевой воды
Классы МПК: | B01D24/00 Фильтры, содержащие сыпучий фильтрующий материал, те фильтрующий материал без какого-либо связующего между его отдельными частицами или волокнами |
Автор(ы): | Коноплёв Иван Васильевич (RU), Коноплёва Галина Васильевна (RU), Коноплёв Василий Иванович (RU), Гердова Анна Александровна (RU) |
Патентообладатель(и): | Коноплёв Иван Васильевич (RU), Коноплёва Галина Васильевна (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-08-31 публикация патента:
20.03.2011 |
Изобретение относится к устройствам для подготовки питьевой воды и может быть использовано в полевых условиях, в зонах чрезвычайных ситуаций, в местах отсутствия электроэнергии для подготовки питьевой воды из любых природных источников, скважин, колодцев, содержащих природные и техногенные загрязнения, а также в бытовых и коммунальных условиях при доочистке воды из водопровода. Установка включает вертикальную ёмкость с подающими и отводящими патрубками, горизонтально расположенные фильтровальные секции, слои которых отделены друг от друга сетками. Фильтровальная секция, состоящая из углеродных, катионо- и анионообменных волокон, объединена в сорбционно-ионообменный пакет, установленный на выходе из камеры осаждения. Емкость содержит нижнюю, среднюю и верхнюю перегородки, которые имеют отверстия для прохода воды. Отверстия для прохода воды в нижней и верхней перегородках выполнены по их периферии, а в средней перегородке отверстия выполнены в её центральной части. В камере осаждения над слоем кварцевого песка установлен разбрызгиватель. Изобретение позволяет повысить ресурс и производительность установки за счет повышения качества промывки фильтрующей загрузки нижней камеры и более полного включения фильтрующих загрузок в технологический процесс фильтрования, и исключения застойных зон в них. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Формула изобретения
1. Установка для подготовки питьевой воды, содержащая вертикально ориентированную емкость с подающим и отводящим патрубками, горизонтально последовательно расположенными фильтровальными секциями, включающими слои антрацита и катализатора, кварцевого песка, йодосодержащей смолы и активированного угля, активированного угля, активированного угля с серебром, а также углеродного волокна, катионо- и анионообменных волокнистых полимерных материалов, слои отделены друг от друга сетками и образуют нижнюю камеру осаждения, среднюю - обеззараживания и верхнюю - финишной очистки с нижней, средней и верхней перегородками, имеющими отверстия для прохода воды, и распределительную камеру у основания емкости, на выходе из емкости установлен микрофильтр, отличающаяся тем, что углеродные волокна, катионо- и анионообменные волокнистые полимерные материалы объединены в сорбционно-ионообменный пакет, установленный на выходе из камеры осаждения, отверстия для прохода воды выполнены в нижней и верхней перегородках по их периферии, а в средней - в ее центральной части, а в камере осаждения над слоем кварцевого песка установлен разбрызгиватель.
2. Установка для подготовки питьевой воды по п.1, отличающаяся тем, что объемное соотношение слоев в сорбционно-ионообменном пакете: углеродное, катионо-, анионообменное волокно составляет 2:1:2.
3. Установка для подготовки питьевой воды по п.1, отличающаяся тем, что разбрызгиватель выполнен из подводящей, центральной и лучевых трубок с нижним расположением щелей, размер которых увеличивается от центра к периферии луча.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к экологии и охране здоровья человека и может быть использовано для подготовки питьевой воды в полевых условиях, в зонах чрезвычайных ситуаций, в местах отсутствия электроэнергии, из любых природных источников, скважин, колодцев, содержащих природные и техногенные загрязнения, а также в бытовых и коммунальных условиях при доочистке воды из водопровода.
Известно много различных фильтров, установок и целые системы подготовки питьевой воды.
Известна установка (фильтр) для подготовки питьевой воды по свидетельству РФ на полезную модель № 29672, B01D 24/00, 2002, содержащая корпус, выполненный в виде вертикально ориентированной цилиндрической емкости, имеющей подающий и отводящий патрубки, дренажную систему с верхними и нижними дренажами, размещенную в корпусе сыпучую загрузку в виде расположенных последовательно в корпусе фильтровальных секций, содержащих катеонит, анионит и материал природного происхождения, например кварцевый песок или антрацит, а также полимерный материал в виде гранул, выбранный из ряда: гранулированные полиэтилен и полипропилен, кроме того, содержит низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами.
Однако такой фильтр имеет ограниченный ресурс работы, т.к. в нем отсутствует надежная защита от мелкодисперсной взвеси, что приводит к быстрому засорению и забивке волокнистых материалов фильтрующей загрузки.
В качестве прототипа принята установка для подготовки питьевой воды по патенту РФ № 2297389, C02F 1/28, B01D 24/00, опубл. 2007 г. Установка содержит корпус, выполненный в виде вертикально ориентированной цилиндрической неразборной емкости, имеющей дренажную систему с верхним и нижним дренажами, три камеры: нижнюю - осаждения, среднюю - обеззараживания и верхнюю - финишной очистки с нижней, средней и верхней перегородками, имеющими отверстия для прохода воды, которые расположены в нижней и верхней перегородках - с одной их стороны, а в средней - с другой, формируя поток воды от одной стенки емкости к противоположной.
Камеры заполнены различными фильтрующими загрузками: нижняя - антрацит и катализатор пиролюзит, кварцевый песок, нетканый углеродный материал, средняя - йодосодержащая смола, активированный уголь, ионообменный и катионообменый волокнистый материал, верхняя - активированный уголь, активированный уголь с серебром. Слои отделены друг от друга сетками из полипропилена, у основания емкости нижней перегородкой отделена распределительная камера, а на выходе из емкости установлен полипропиленовый микрофильтр.
Подача исходной воды на фильтрование идет снизу вверх, а подача воды на регенерацию фильтрующей загрузки - сверху вниз (противотоком).
Несмотря на высокую эффективность очистки и обеззараживания воды, установка имеет недостаточные ресурс и производительность. Это связано, в основном, с забивкой фильтрующего материала нижней камеры. Фильтрующая загрузка является сложной комбинацией, состоящей из материалов с различными физико-химическими, механическими свойствами. Для проведения ее регенерации требуются более сложные приемы восстановления, чем промывка водой, с использованием, как правило, химических реагентов. Поэтому использование только промывки водой всей загрузки фильтра не дает необходимого результата. Более того, при работе фильтра (фильтрование - регенерация) водой мельчайшие частицы гоняются «туда-сюда» и забиваются вглубь микропористых фильтровальных материалов, забивая их и останавливая фильтрование. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решается задача повышения ресурса и производительности установки.
Технический результат - повышение качества промывки фильтрующей загрузки нижней камеры и более полное включение фильтрующих загрузок в технологический процесс фильтрования за счет исключения застойных зон в них.
Этот технический результат достигается тем, что в установке для подготовки питьевой воды, содержащей вертикально ориентированную емкость с подающим и отводящим патрубками, горизонтально последовательно расположенными фильтровальными секциями, включающими слои антрацита и катализатора, кварцевого песка, йодосодержащей смолы и активированного угля, активированного угля, активированного угля с серебром, а также углеродного волокна, катионо- и анионообменных волокнистых полимерных материалов, слои отделены друг от друга сетками и образуют нижнюю камеру - осаждения, среднюю - обеззараживания и верхнюю - финишной очистки с нижней, средней и верхней перегородками, имеющими отверстия для прохода воды, распределительную камеру у основания емкости, на выходе из емкости установлен микрофильтр, углеродные волокна, катионо- и анионообменные волокнистые полимерные материалы объединены в сорбционно-ионообменный пакет, установленный на выходе из камеры осаждения, отверстия для прохода воды выполнены в нижней и верхней перегородках по их периферии, а в средней - в ее центральной части, а в камере осаждения над слоем кварцевого песка установлен разбрызгиватель; объемное соотношение слоев в сорбционно-ионообменном пакете: углеродное, катионо- и анионообменное волокно составляет 2:1:2; разбрызгиватель выполнен из подводящей, центральной и лучевых трубок с нижним расположением щелей, размер которых увеличивается от центра к периферии луча.
Волокнистый катионо- и ионообменный материал выносится из камеры обеззараживания и объединяется с волокнистым углеродным материалом в один сорбционно-ионообменный пакет, который устанавливается в нижней камере осаждения перед входом в камеру обеззараживания. Это позволяет защитить обеззараживающую загрузку и повысить эффективность ее работы за счет исключения взаимодействия и выноса йода с загрязнителями. Предлагаемое расположение отверстий в нижней, средней и верхней перегородках изменяет ход потока воды при фильтровании, уменьшает вероятность появления застойных зон в фильтре, повышая эффективность обработки воды, производительность и ресурс установки.
В предлагаемой установке регенерируется (промывается) не вся фильтрующая загрузка, а только зернистая засыпная загрузка нижней камеры осаждения: антрацит, пиролюзит, кварцевый песок. Конструкция и расположение разбрызгивателя выбраны таким образом, что поток воды при регенерации направлен непосредственно на объект промывки, не касаясь поверхности сорбционно-ионообменного пакета, предохраняя его от забивки и разрушения, кроме того, нерабочая поверхность разбрызгивателя является опорой для пакета. Тем самым достигается повышение надежности конструкции и работы установки.
Объемное соотношение слоев в сорбционно-ионообменном пакете выбрано экспериментально и является оптимальным.
Предлагаемая установка для подготовки питьевой воды приведена на чертежах.
На фиг.1 - общий вид установки (продольный разрез);
на фиг.2 - схема размещения отверстий на перегородках;
на фиг.3 - общий вид разбрызгивателя снизу;
на фиг.4 - график, характеризующий эффективность промывки фильтра с использованием разбрызгивателя.
Установка для подготовки питьевой воды содержит корпус в виде вертикально ориентированной емкости 1 с подающим 2 и отводящим 3 патрубками, горизонтально последовательно расположенные фильтровальные секции. Секции состоят из материалов природного происхождения, а также инертных полимерных материалов и образуют камеры: нижнюю камеру осаждения 4, среднюю камеру обеззараживания 5 и верхнюю камеру финишной очистки 6. Камера осаждения 4 состоит из трех секций, разделенных полипропиленовыми сетками 7: первая секция 8 - с каталитической загрузкой - антрацит с катализатором - пиролюзитом, вторая секция 9 - кварцевый песок, третья секция 10 - сорбционно-ионообменный пакет из нетканого углеродного волокна (нижний слой), катионообменного волокна (средний слой), анионообменного волокна (верхний слой) при объемном соотношении слоев 2:1:2, так же разделенные полипропиленовой сеткой.
Камера обеззараживания 5 заполнена слоем 11 йодосодержащей смолы с катализатором - активированным углем.
Камера финишной очистки 6 состоит из трех секций, разделенных полипропиленовой сеткой: снизу - слой 12 активированного угля, затем слой 13 активированного угля с серебром, над слоем 13 установлен полипропиленовый микрофильтр 14. По высоте в объеме емкости размещены нижняя - у дна емкости с образованием под ней распределительной камеры, средняя и верхняя перегородки 15 - для увеличения продолжительности контакта воды с очищающими веществами.
В перегородках 15 выполнены отверстия 16 для прохода воды, формирующие поток.
Отверстия 16 расположены в нижней и верхней перегородках по их периферии, а в средней - в ее центральной части.
В камере осаждения 4 над слоем кварцевого песка установлен коллекторно-лучевой разбрызгиватель 17 (душ) - фиг.3, выполненный из подводящей 18, центральной 19 и лучевых трубок 20 с нижним расположением щелей, размер которых увеличивается от центра к периферии лучевых трубок.
Установка для подготовки питьевой воды работает следующим образом.
Вода на очистку подается снизу вверх, а при регенерации камеры осаждения 4 сверху вниз противотоком. Вода поступает из подающего патрубка 2, встроенного в центр дна емкости 1. Через нижнюю перегородку 15 поток воды из распределительной камеры поступает в камеру осаждения 4 через отверстия 16 нижней перегородки 15, равномерно распределяясь по фильтрующей загрузке. Здесь вода очищается от мелкодисперсной взвеси и растворенных загрязнителей. Из камеры 4 вода поступает в камеру обеззараживания 5 через отверстия 16, сконцентрированные в центре средней перегородки. Она поступает в центральные слои йодосодержащего слоя и, стремясь к отверстиям 16, расположенным по периметру верхней перегородки, заполняет все зоны этого слоя. Затем вода поступает в камеру 6, заполняя ее от периферии к центру, проходит слои активированного угля и активированного угля с серебром, окончательно очищаясь. Очищенная и обеззараженная вода поступает к потребителю через отводящий патрубок 3.
Вода соответствует нормам СанПин «Вода питьевая».
Результаты испытаний приведены в таблицах 1, 2.
Из таблиц 1, 2 видно повышение эффективности обработки воды в предлагаемой установке.
На графике (фиг.4) приведена кривая промывки фильтрующей загрузки с использованием разбрызгивателя (1) и без него (2) в координатах: мутность промывной воды - число обменов воды. Кривая имеет значительно больший угол наклона к оси абсцисс при использовании разбрызгивателя. Такой характер кривой при промывке указывает на более эффективное удаление загрязнений, адгезированных на зернах фильтрующей загрузки, по сравнению с промывкой без использования разбрызгивателя. Удельный расход воды с использованием разбрызгивателя снижается. При этом достигается большая глубина отмывки загрузки. При одном и том же качестве исходной воды фильтроцикл увеличился в 2 раза по сравнению с прототипом. Это указывает на то, что промывка загрузки с использованием разбрызгивателя идет более тщательно. Вода покрывает полностью площадь фильтрующей поверхности и тем самым достигается эффективная промывка фильтрующей загрузки, что, в свою очередь, положительно влияет на ее ресурс (увеличение в 2,5 раза), скорость фильтрования и степень очистки воды, улучшая характеристики установки. После регенерации с использованием разбрызгивателя величина напора воды полностью восстанавливается.
Таблица 1 | ||||
Условия эксперимента: | ||||
Минерализация воды | 200-250 мг/л | |||
Температура воды | 18°С | |||
Скорость фильтрования | 60 л/ч | |||
Наименование показателя | По предлагаемому решению | По прототипу | ||
вода после очистки мг/л | эффективность очистки % | вода после очистки мг/л | эффективность очистки % | |
рН | 7.05 | 7.20 | ||
сухой остаток | 210 | 86 | 308 | 77.4 |
окисляемость (перм.) | 5.8 | 81 | 4.79 | 79.1 |
железо (общ.) | 0.05 | 99 | 0.11 | 95.6 |
хлориды | 44.5 | 90 | 64.6 | 85.0 |
сульфаты | 79.1 | 87 | 110.2 | 84.3 |
нитраты | 9.7 | 85 | 14.1 | 83.3 |
Таблица 2 | ||||
Наименование показателя | Единицы измерения | Исходная вода | Очищенная вода | |
по предлагаемому решению | по прототипу | |||
общие колиморфные бактерии | число бактерий в 100 мл | 50 | отсутствие | отсутствие |
общее микробное число | число КОЕ в 1 мл | 5000 | отсутствие | 20 |
колифаги | число БОЕ в 100 мл | 80 | отсутствие | отсутствие |
споры сульфитредуцирующих клостридий | число спор в 20 мл | 50 | отсутствие | отсутствие |
Класс B01D24/00 Фильтры, содержащие сыпучий фильтрующий материал, те фильтрующий материал без какого-либо связующего между его отдельными частицами или волокнами