Установка для очистки воды от железа, сероводорода, углекислого и других газов

 

Установка предназначена для очистки воды от растворенных в ней железа, сероводорода, углекислого и других газов. Установка содержит рабочую камеру, фильтр, отводящий трубопровод для подачи исходной воды. Рабочая камера снабжена рассекателем струи с патрубком и задвижкой, установленными на трубопроводе для подачи исходной воды, нижним дырчатым днищем, на котором расположена насадка из колец Рашига, двумя патрубками, входящими в камеру под нижним дырчатым днищем, один из которых соединен с системой приточной вентиляции, а другой, предназначенный для работы в режиме естественной вентиляции, имеет поворотную заглушку с осью вращения в виде болта. Камера имеет также гидрозатвор в виде изогнутого участка трубы на отводящем трубопроводе и верхний распределительный поддон с ограничительным кольцом по периметру. Установка малогабаритна и эффективна в работе, легко встраивается в уже эксплуатируемые станции водоочистки. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к установкам очистки питьевой воды от растворенных в ней железа и газов - сероводорода, углекислого и других.

Известны установки для окисления двухвалентного железа- контактные градирни, представляющие собой конструкцию, в которой боковые стенки рабочей части имеют жалюзи для обеспечения естественной вентиляции. Внутри рабочей части размещены в несколько ярусов дырчатые днища, на которых расположена насадка. Исходная вода подается в верхнюю часть установки через отверстия в трубе, благодаря которым вода разбивается на отдельные струи. Воздух, проходя через жалюзи, встречается со струями воды, насыщая их кислородом, при этом достигается основная цель - двухвалентное железо окисляется до трехвалентного. Процесс продолжается по мере прохождения воды через ярусы с насадкой в виде отдельных гранул /гравия, шлака/, так как на гранулах насадки продолжается процесс дробления струй воды на еще более мелкие струи, что дополнительно насыщает воду кислородом. В то же время эффект окисления железа усиливается от движения навстречу друг другу потоков воды и воздуха, так как при этом вода также насыщается кислородом для окисления содержащегося в ней железа (см. Н.Н.Абрамов, Водоснабжение, Москва, Стройиздат, 1982, с. 330).

Известны установки для очистки воды от железа типа брызгального бассейна (см. А. А.Кастальский, Д.М.Минц, Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения, Москва, Высшая школа, 1962, с. 504,474).

В верхних точках вертикальных стенок рабочей части находятся жалюзи для естественной вентиляции. Исходная вода подается в зону рабочей части установки по трубопроводу, на котором расположены патрубки для разбрызгивания воды, направляющие струи воды вертикально вверх. Образовавшиеся отдельные струи воды распадаются на капли и, поднимаясь в верхнюю часть установки, встречаются с потоками воздуха, входящими в установку через жалюзи. При этом двухвалентное железо переходит в трехвалентное.

Описанные конструкции имеют следующие недостатки: - установки могут работать только в режиме естественной вентиляции; - геометрическая форма и конструкция установок не создает хороших аэродинамических условий для интенсивного движения потока воздуха навстречу потоку воды; - в первой установке /1/ - трудный доступ ко всем ярусам насадки; - трудность не только доступа к насадке в установке /1/, но и сложность выгрузки насадочного материала для его необходимой периодической выгрузки из установки с целью промывки от железа, осаждающегося на насадке, особенно в нижних ярусах; - при засорении окислами железа разбрызгивающих отверстий резко падает эффективность работы установки, так как в установке /1/ при прекращении функционирования нескольких отверстий оказывается выключенной из работы часть площади загрузочного материала, а во второй известной установке /2/ при забивании отверстий разбрызгивателей практически выключается из работы часть установки; описанные установки имеют большие габариты и поэтому возникают трудности по размещению их внутри зданий водоочистки, а размещение на открытом воздухе ведет зимой к сложности эксплуатации, при размещении же установок внутри здания часто усложняется вся технологическая схема привязки установки ко всем дальнейшим технологическим звеньям очистки - фильтрам, так как из-за больших габаритов установок требуется строительство для них специального отдельного здания; - установка /2/ является малоэффективной даже по сравнению с установкой /1/, так как не имеет насадочного материала, а значит, имеет только одну стадию окисления железа - при разбрызгивании на струи; - в установке /1/ используется малоэффективная насадка геометрически неправильной формы, которая не только не обеспечивает хороших условий прохождения воздуха через саму загрузку, так как насадка лежит плотным слоем, но такая насадка не осуществляет дальнейшего дробления струй на отдельные капли, так как вода лишь обтекает гранулы насадки, не ударяясь о грани насадочного материала, а значит, и не дробясь.

Наиболее эффективным и близким по технической сущности устройством является вентиляторная градирня (прототип). Вентиляторная градирня представляет собой конструкцию, рабочая часть которой заполнена насадкой, расположенной над дырчатым днищем. Исходная вода подается по трубе на распределительный щит, затем на верхнюю распределительную перегородку, где расположены распределительные сопла. Поток воды движется сверху вниз через насадку, а навстречу ему движется поток воздуха, подаваемый вентилятором под нижнее распределительное днище и, пройдя всю установку, воздух выходит в верхний патрубок за ее пределы (см. Л.А.Кульский и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды, Киев, Наукова думка, 1980, с. 966-967).

Вентиляторная градирня имеет следующие недостатки: - установка работает только в режиме искусственной вентиляции;
- затруднен доступ внутрь установки для очистки, ревизии и выгрузки насадки, так как снизу и сверху находятся не разбирающиеся верхнее и нижнее днища, герметично закрепленные к вертикальным стенкам установки;
- большие геометрические размеры установки, ее некомпактность затрудняют размещение ее внутри здания фильтров - дальнейшего технологического звена очистки, что приводит к необходимости строительства дополнительных значительных по размеру помещений специально для размещения вентиляторных градирен, что отражено в прототипе на стр.503, рис.XVII, где даны план и разрез типовой обезжелезивающей установки. На данном чертеже показано, что для размещения вентиляторной градирни к зданию фильтров пристроено специальное помещение. Тем более невозможно встраивать подобные установки в уже существующие станции фильтрации, когда возникает в этом необходимость при возрастании в исходной воде концентраций железа, что на практике часто бывает, так как по мере бурения новых скважин для добычи исходной воды содержание железа может оказаться большим, а также концентрации железа могут возрастать с течением времени в уже давно эксплуатируемых скважинах. В связи с этим возникает необходимость внести в технологическую схему станции очистки воды установку типа вентиляторной градирни, а в существующую станцию фильтрации ввести установку подобных габаритов и конструкции невозможно;
- проектирование вентиляторной градирни в виде одной установки больших размеров, а не в виде нескольких малогабаритных установок, причем с легким доступом к насадке, не дает возможность свободно выключать из работы вентиляторную градирню без ущерба для работы станции с целью периодической очистки и выгрузки насадки, что в свою очередь как затрудняет эксплуатацию станции, так и делает невозможным применение современных перспективных по эффекту очистки и долговечных насадок из колец Рашига, особенно при больших концентрациях железа в исходной воде. Все это в свою очередь приводит к снижению эффекта очистки и к необходимости применять недолговечные примитивные насадки из дерева;
- неудачная геометрическая форма установки, разработанная без учета создания оптимальных больших скоростей движения воздушного потока по рабочей части установки, так как скорости зависят от формы и размеров сооружения по законам аэродинамики, в связи с чем большие размеры площади установки и относительно небольшие по сравнению с площадью размеры ее высоты, а также отсутствие связи установки с системой естественной вытяжной вентиляции здания - все это не позволяет переоборудовать вентиляторную градирню для работы в режиме естественной вентиляции, что часто необходимо в эксплуатации для сбережения электроэнергии при работе без вентиляторов.

Целью предлагаемого изобретения является создание малогабаритной эффективной установки, легко встраиваемой в уже эксплуатируемые станции водоочистки, создание установок, легко поочередно выключающихся из работы всей технологической схемы без ущерба для эффекта очистки воды на очистку насадки и другие профилактические работы, гибко меняющих свой технологический режим работы благодаря конструктивным особенностям, которые также обеспечивают легкость демонтажа с целью свободного доступа к загрузке, что в свою очередь позволяет использовать самую долговечную и эффективную мелкоячеистую насадку из колец Рашига без ограничений по концентрациям железа в исходной воде.

Поставленная цель достигается тем, что установка для очистки воды от железа, сероводорода, углекислого и других газов, содержащая рабочую камеру, включающая нижнее дырчатое днище, поддерживающее насадку, верхний поддон для распределения потока воды с ограничительным кольцом по периметру, рассекатель струи на трубопроводе исходной воды, при этом установка имеет два патрубка, входящие в рабочую камеру под нижним дырчатым днищем, причем один из патрубков обеспечивает работу установки в режиме искусственной вентиляции, другой патрубок - в режиме естественной вентиляции и имеет поворотную заглушку, при этом на трубопроводе исходной воды предусмотрена задвижка, а на отводящем трубопроводе-гидрозатвор в виде изогнутого участка трубы, при этом установка имеет разъемные фланцевые соединения и свободный проем на верхней части рабочей камеры и фланцевые соединения на верхней крышке и на трубопроводе исходной воды для демонтажа верхней крышки и участка трубопровода исходной воды с целью обеспечения свободного доступа к загрузке насадкой, а верхняя крышка установки соединена своим патрубком через гибкую вставку с системой вытяжной вентиляции здания для создания максимальных скоростей движения потока воздуха внутри установки.

На фиг. 1 представлен продольный разрез установки; на фиг. 2 - разрез по I-I на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по II-II на фиг. 1.

Установка для очистки воды от железа, сероводорода, углекислого и других растворенных газов изображена на фиг. 1 и разрезах I-I и II-II.

Установка включает:
1 - трубопровод подачи исходной воды на установку;
2 - гидрозатвор;
3 - патрубок для подачи воздуха от вентилятора для работы установки в режиме искусственной вентиляции;
4 - патрубок для подачи воздуха при работе установки в режиме естественной вентиляции;
5 - рабочая камера;
6 - верхний распределительный дырчатый поддон;
7 - ограничительное кольцо верхнего распределительного дырчатого поддона;
8 - поворотная заглушка;
9 - фланец;
10 - болт;
11 - нижнее дырчатое днище;
12 - загрузка насадкой кольцами Рашига;
13 - регулировочная задвижка на трубопроводе подачи исходной воды на установку;
14 - верхняя крышка установки;
15 - фланцевое соединение патрубка искусственной вентиляции;
16-16' - воздуховоды, соединяющие верхнюю крышку установки с системой естественной вентиляции здания;
17,17' - опоры в виде пластин, поддерживающие верхний распределительный поддон и нижнее дырчатое днище;
18 - отверстия в верхнем распределительном дырчатом поддоне и нижнем дырчатом днище;
19 - трубопровод, отводящий воду из установки;
20 - нижняя часть установки для сбора обработанной воды;
21 - фланцевые соединения верхней крышки установки;
22 - гибкая вставка;
23 - рассекатель струи;
24 - вентилятор;
25 - фланцевое соединение на трубопроводе исходной воды;
26 - фланцевое соединение на верхней части рабочей камеры установки;
27-29 - свободный проем на верхней части рабочей камеры установки;
28 - болты для соединения фланцев 26;
30 - участок трубопровода исходной воды внутри рабочей камеры и при выходе из нее;
31 - косые срезы конца трубопровода под углом 45^o к вертикальной плоскости на патрубках вентиляции 3 и 4.

Установка работает следующим образом:
Самым важным звеном в процессе обезжелезивания воды является технологический элемент, благодаря которому вода максимально насыщается кислородом, в результате чего происходит окисление содержащегося в воде двухвалентного железа в трехвалентное. Именно для этой цели служит предлагаемое нами изобретение. Данная стадия окисления железа необходима для того, чтобы на последующих технологических звеньях очистки - фильтрах - задержать трехвалентное железо, так как двухвалентное железо невозможно удалить из воды на фильтрах. Кроме того, в связи с тем, что основной принцип работы установки построен на разбиении струй воды на мельчайшие капли и движении навстречу друг другу с большими скоростями двух потоков - воды и воздуха, в установке происходит не только окисление железа, но и отдувка и, следовательно, удаление из воды всех содержащихся в ней растворенных газов, благодаря чему улучшаются качественные показатели воды. Необходимо отметить, что удаление из воды газа сероводорода также позволяет увеличить срок службы стальных трубопроводов, по которым транспортируется вода, так как известно, что содержащийся в воде сероводород значительно усиливает коррозию трубопроводов. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет повысить pH воды, что ускоряет процессы окисления железа.

Исходная вода подается по трубопроводу 1 и попадает в рассекатель 23, имеющий отверстия 29, благодаря чему дробится на отдельные струи, а далее на распределительный дырчатый поддон 6, имеющий отверстия 18, диаметром 25-30 мм, расстояние между центрами отверстий 100 мм. Дырчатый распределительный поддон служит для равномерного распределения воды по всей площади установки. Ограничительное кольцо 7 по всему периметру распределительного поддона 6 предназначено для предотвращения прохождения потока воды вдоль стенок установки, минуя рабочую загрузку из колец Рашига 12. Распределительный поддон 6 опирается на опоры 17.

Далее, после прохождения распределительного поддона 6 вода, равномерно распределяясь по всей площади установки, проходит через слой загрузки насадкой из колец Рашига 12. Роль насадки 12 - разбить на еще более мелкие капли поступающий поток исходной воды, благодаря чему вода насыщается кислородом, так как навстречу мельчайшим каплям воды движется с большой скоростью воздушный поток, в результате чего происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентное, а также удаление растворенных в воде газов. При удалении углекислого газа происходит повышение pH воды, что увеличивает скорости окисления железа. Далее окисленное железо легко удаляется из воды при помощи фильтров.

В нижней части установки расположено нижнее дырчатое днище 11, которое аналогично верхнему распределительному поддону 6 поддерживается опорами 17'. Нижнее дырчатое распределительное днище поддерживает загрузку насадкой из колец Рашига, а также равномерно распределяет воздушный поток по всей площади установки, который устремляется навстречу потоку воды из нижней части установки 20, куда он поступает при помощи вентиляционных патрубков 3 и 4. Патрубки 3 и 4 расположены в вертикальных стенках нижней части установки 20 непосредственно под нижним дырчатым днищем 11. Таким образом, воздух, который поступает по патрубкам 3 и 4, движется в направлении снизу вверх навстречу направлению движения потока воды. Патрубки 3 и 4 внутри установки имеют среды в плоскости 31 для предотвращения попадания в воздушные патрубки капель воды. Особенности парубков 3 и 4 заключаются в том, что патрубок 4 предназначен для естественного насыщения воды воздухом без приточного вентилятора, а патрубок 3 позволяет установке работать в режиме искусственной вентиляции - при помощи подачи воздуха от приточного вентилятора 24 в патрубок 3. При работе установки в режиме искусственной приточной вентиляции заглушка 8 на фланце 9 закрыта и воздух подается в установку от приточного вентилятора 24 по патрубку 3. При работе установки в режиме естественной вентиляции на патрубке 4 заглушка 8 открывается. Открытие заглушки 8 осуществляется очень легко без гаечных ключей при помощи поворота заглушки 8 относительно фланца вокруг оси - болта 10, также болт 10 служит одновременно и креплением для заглушки 8.

Очищенная вода, пройдя установку, собирается в ее нижней части 20, служащей своеобразным сборным устройством для отдельных струек воды. Далее вода поступает в отводящий трубопровод 19 на дальнейшие звенья очистки - фильтры.

Для предотвращения утечек воздуха, возможных через отводящий трубопровод 19, на данном трубопроводе предусмотрен гидрозатвор 2 в виде изгиба трубопровода, в котором будет постоянно находиться вода, предотвращая утечки воздуха.

В верхней части установки расположен съемный конический колпак 14, который крепится к фланцам 15 и служит для двух целей:
- предотвращения разбрызгивания воды, минуя установку;
- для создания оптимальных условий для движения воздуха, так как связь установки через колпак 14 и воздуховоды 16 и 16' с системой естественной вытяжной вентиляции здания позволяет увеличить скорости движения воздуха внутри установки за счет перепада давлений внутри самой установки и вне здания на выходе воздуховода из помещения.

Соединение воздуховода установки 16 с воздуховодом здания 16' осуществляется при помощи гибкой ставки 22 и фланцев 21, что обеспечивает легкое снятие колпака 14 для обеспечения доступа к загрузке из колец Рашига 12. Обеспечение легкости демонтажа колпака 14, а также участка трубопровода 30 особенно важно для эксплуатации подобных установок, так как загрузка насадкой требует ее периодической выгрузки и промывки, особенно при больших концентрациях железа в исходной воде. Демонтаж патрубка 30 осуществляется после съема колпака 14, который соединен с корпусом установки при помощи разъемных фланцев 15. Для демонтажа патрубка 30 предусмотрены разъемные фланцы 25 и 26, а также свободный проем 27 и 29, показанные как на самой фигуре установки, так и на разрезе II-II. Проем 29 освобождается после снятия верхней крышки 14. Для герметичности рабочей части установки проем 27 и 29 может закрываться паронитовой прокладкой.

Задвижка 13 на трубопроводе подачи исходной воды на установку служит для регулирования расхода воды на установку, так как, по нашему мнению, установок должно проектироваться несколько, причем небольших габаритов, чтобы они удобно вписывались в технологическую схему и габариты зданий водоочистки, для чего оптимальные размеры установки - диаметр 1,0-1,5 м, высота 1,8-2,0 м. Подобные геометрические размеры также позволяют создать оптимальные условия для интенсивного движения потока воздуха внутри самой установки, что особенно важно для описанных нами процессов: окисления двухвалентного железа и отдувки растворенных газов.

Формула изобретения

1. Установка для очистки воды от железа, сероводорода, углекислого и других газов, содержащая рабочую камеру с крышкой, нижним дырчатым днищем, на котором расположена насадка, и верхним распределительным поддоном с отверстиями, систему искусственной приточной вентиляции, трубопровод для подачи исходной воды, отводящий трубопровод и фильтр, отличающаяся тем, что рабочая камера снабжена рассекателем струи с патрубком и задвижкой, установленными на трубопроводе для подачи исходной воды, двумя патрубками, входящими в рабочую камеру под нижним дырчатым днищем, один из которых соединен с системой приточной вентиляции, а другой, предназначенный для работы в режиме естественной вентиляции, имеет поворотную заглушку с осью вращения в виде болта, и гидрозатвором в виде изогнутого участка трубы, установленным на отводящем трубопроводе, при этом верхний распределительный поддон выполнен с ограничительным кольцом по периметру и насадка выполнена из колец Рашига.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет разъемные соединения для демонтажа верхней крышки, верхнего распределительного поддона и рассекателя струи.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что крышка камеры посредством патрубка соединена с системой вытяжной вентиляции здания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3