Станция очистки воды

 

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к передвижным и стационарным средствам очистки загрязненных пресных природных вод. Станция очистки воды содержит последовательно соединенные подводящую магистраль, циркуляционный насос, четырехходовый кран, батарею ультрафильтров, имеющую линию отвода концентрата, соединенную со всасывающей линией циркуляционного насоса и линией сброса концентрата, на которой установлен регулирующий клапан, и линию отвода фильтрата, бак, напорный насос, сорбционный фильтр и стерилизующее устройство. Линия отвода фильтрата соединена через нормально закрытый отсечной клапан с нагнетательным трубопроводом напорного насоса и через параллельно установленные нормально открытый отсечной клапан и регулятор давления - с баком. На нагнетательном трубопроводе напорного насоса перед сорбционным фильтром установлен нормально открытый отсечной клапан, а на линии сброса концентрата параллельно регулирующему клапану - нормально закрытый отсечной клапан. 1 ил.

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к передвижным и стационарным средствам очистки загрязненных пресных природных вод.

Известно устройство для ультрафильтрации, содержащее мембранный аппарат с фильтрующими элементами, линию подачи исходной воды, линии отвода концентрата и фильтрата с запорными органами и средство для промывки мембран в виде гидропневматического аккумулятора [1] Устройство не обеспечивает эффективной регенерации мембран при очистке воды от загрязнений, образующих на мембранах осадок со средней и высокой адгезией, ненадежно в эксплуатации.

Известна станция очистки воды, содержащая подводящую магистраль, циркуляционный насос, четырехходовой кран, батарею ультрафильтров, сорбционный фильтр и стерилизующее устройство [2] Регенерацию ультрафильтров осуществляют путем перекрытия выхода фильтрата из ультрафильтров и 2-6-кратного реверсирования циркуляционного потока воды через ультрафильтры. Вследствие сравнительно высокого гидравлического путевого сопротивления полых волокон ультрафильтра перепад давления на входе и выходе его проточной части составляет порядка 0,1 МПа. В фильтратной же его части ввиду относительно большого живого сечения и малых скоростей движения фильтрата создается давление практически одинаковое во всех ее зонах. При перекрытии выхода фильтрата из ультрафильтра давление в фильтратной его части устанавливается равным среднему давлению в проточной его части. В результате на входной половине длины полых волокон образуется трансмембранный перепад давления в направлении из полости волокна в межволоконное фильтратное пространство, а на выходной половине длины волокон образуется трансмембранный перепад давления в обратном направлении. График трансмембранного давления по длине ультрафильтра представляет собой в этом случае прямую с положительным и отрицательным максимумами соответственно на входе и выходе ультрафильтра (порядка 0,05 МПа) и нулевым значением в средней его части. В соответствии с трансмембранным перепадом давления на входной части ультрафильтра вода проникает через стенки волокон в "рабочем" направлении в фильтратную зону, а на выходной части фильтрат обратным потоком возвращается внутрь волокон, отрывая от их внутренних поверхностей накопившиеся загрязнения, которые затем выносятся из ультрафильтра транзитным потоком воды. При реверсировании циркуляционного потока воды отмывается противоположная часть ультрафильтра.

Недостаток конструкции низкая эффективность отмывки средней части половолоконных ультрафильтров, составляющих 1/3-1/2 их длины. Это обусловливает недостаточное восстановление и прогрессирующее снижение производительности станции и короткий межрегенерационный цикл.

Цель изобретения увеличение ресурса работы ультрафильтров, продолжительности межрегенерационного цикла станции, а также повышение производительности.

Для достижения поставленной цели в станции очистки воды, содержащей последовательно соединенные подводящую магистраль, циркуляционный насос, четырехходовой кран, батарею ультрафильтров, имеющую линию отвода концентрата, соединенную со всасывающей линией циркуляционного насоса и линией сброса концентрата, на которой установлен регулирующий клапан, и линию отвода фильтрата, бак, напорный насос, сорбционный фильтр и стерилизующее устройство, линия отвода фильтрата соединена через нормально закрытый отсечной клапан с нагнетательным трубопроводом напорного насоса и через параллельно установленные нормально открытый отсечной клапан и регулятор давления с баком. На нагнетательном трубопроводе напорного насоса перед сорбционным фильтром установлен нормально открытый отсечной клапан, а на линии сброса концентрата параллельно регулирующему клапану нормально закрытый отсечной клапан. Для регенерации станции очистки воды из бака в батарею ультрафильтров подают обратный поток фильтрата, закрывая отсечные клапаны на линии отвода фильтрата и перед сорбционным фильтром и открывая отсечные клапаны на трубопроводе, соединяющем линию отвода фильтрата и нагнетательный трубопровод напорного насоса, и на линии сброса концентрата. В течение регенерации циркуляционный поток реверсируют.

На чертеже изображена принципиальная схема станции.

Станция содержит водозаборный насос 1, подводящую магистраль 2, циркуляционный насос 3, четырехходовой кран 4, батарею 5 половолоконных ультрафильтров, соединенных коллекторами 6-7, линию 8 отвода концентрата, линию 9 сброса концентрата с регулирующим клапаном 10 и нормально закрытым отсечным клапаном 11, линию 12 отвода фильтрата с нормально открытым отсечным клапаном 13 и регулятором 14 давления, бак 15, напорный насос 18, сорбционный фильтр 17, стерилизующее устройство 18, нормальной закрытый отсечной клапан 19 и нормально открытый отсечной клапан 20. Четырехходовой кран 4 имеет четыре штуцера 21-24 и пробку 25. Штуцер 21 четырехходового крана 4 соединен с циркуляционным насосом 3, штуцер 22 с линией 8 отвода концентрата, а штуцеры 23-24 с коллекторами 6-7 батареи 5 ультрафильтров. Направление потока в ультрафильтрах 5 определяется положением пробки 25 крана 4, которая может поворачиваться на 90^о. Насос 3, четырехходовой кран 4, коллекторы 6-7, батарея 5 ультрафильтров, линия 8 отвода концентрата образуют циркуляционный контур.

Станция работает следующим образом. Исходную воду насосом 1 или из водопроводной сети через подводящую магистраль 2 подают к циркуляционному насосу 3, который через четырехходовой кран 4 направляет ее в батарею 5 половолоконных ультрафильтров. Концентрат через четырехходовой кран 4 и линию 8 отвода концентрата подают во всасывающий трубопровод циркуляционного насоса 3, а частично выводят из циркуляционного контура через линию 9 сброса концентрата с регулирующим клапаном 10, обеспечивающим поддержание необходимого давления в ультрафильтрах 5. Фильтрат по линии 12 отвода фильтрата через отсечной клапан 13 поступает в бак 15, из которого напорным насосом 16 подается через клапан 20, сорбционный фильтр 17 и стерилизующее устройство 18 потребителю очищенной воды.

После того, как производительность станции в результате накопления загрязнений на стенках полых волокон снизится до допустимого предела, проводится регенерация ультрафильтров. Для этого закрывают клапаны 20 и 13, открывают клапаны 19 и 11, в результате чего насос 16 подает обратный поток фильтрата из бака 15 в батарею 5 ультрафильтров. Регулятор 14 давления обеспечивает необходимые расход и напор фильтрата. Одновременно открывают клапан 11, что обеспечивает снижение давления циркуляционного потока в ультрафильтрах 5, а также интенсивное удаление из циркуляционного контура вымываемых из ультрафильтров 5 загрязнений. Через заданное время пробку 25 четырехходового крана 4 поворачивают на 90^о, и циркуляционный поток в ультрафильтрах 5 реверсируется. В зависимости от адгезивных свойств загрязнений реверсирование потока может быть проведено несколько раз. В очередном межрегенерационном цикле станции пробка 25 четырехходового крана 4 может находиться в любом из двух указанных положений.

Эффективность регенерации обеспечивается тем, что в дополнение к циркуляционному потоку создается обратный трансмембранный поток фильтрата по всей длине ультрафильтра. Учитывая различие давления циркуляционного потока из-за наличия существенного путевого сопротивления волокон, результирующие трансмембранные давление и поток фильтрата также различны по величине от минимума на входном (по циркуляционному потоку) конце ультрафильтра 5 до максимума на выходном его конце, где соответственно более эффективно совместное воздействие циркуляционного и обратного трансмембранного потоков на смываемые загрязнения. После реверсирования циркуляционного потока более интенсивно отмываются загрязнения с другого конца ультрафильтров 5. В средней части ультрафильтра 5, в отличие от прототипа, загрязнения отмываются достаточно эффективно.

П р и м е р. Станция очистки воды, изготовленная в соответствии с прототипом, работала в непрерывном режиме очистки воды реки Кубани в течение 400 ч. Ультрафильтрация производилась батареей из 40 половолоконных ультрафильтров 5 марки УВА-ПС-20-1040. Начальная производительность каждого ультрафильтра 5 по фильтрату составляла 450-470 дм³/ч. Ультрафильтры 5 регенерировались через каждый час в течение 3 мин путем четырехкратного реверсирования циркуляционного потока при закрытой линии отвода фильтрата. Давление циркуляционного потока в ультрафильтрах 5 составляло 0,3 МПа на входе и 0,2 МПа на выходе. Через 400 ч работы станции производительность одного ультрафильтра после регенерации стабильно восстанавливалась только до 300 дм³/ч и в течение последующего за этим 1 ч работы падала до 240 дм³/ч.

Затем (для сравнения) станция в соответствии с заявляемым изобретением была дооснащена напорным насосом 16, установленным после бака 15, линия 12 отвода фильтрата была соединена с нагнетательным трубопроводом напорного насоса 16 через нормально закрытый отсечной клапан 19, перед баком 15 на линии 12 отвода фильтрата были параллельно установлены нормально открытый отсечной клапан 13 и регулятор 14 давления, перед сорбционным фильтром 17 установлен нормально открытый отсечной клапан 20, а параллельно регулирующему клапану 10 на линии 9 сброса концентрата был установлен нормально закрытый отсечной клапан 11.

Затем без замены уже проработавших на известной установке 400 ч (ультрафильтров 5 была продолжена работа на предлагаемой станции на воде прежнего состава с сохранением в режиме фильтрации прежних гидродинамических характеристик потоков в ультрафильтрах 5. Регенерацию ультрафильтров 5 затем проводят в соответствии с описанием работы заявляемого изобретения, т.е. из бака 15 в батарею ультрафильтров 5 подают обратный поток фильтрата, для чего закрывают отсечные клапан 13 на линии 12 отвода фильтрата и клапан 20 перед сорбционным фильтром 17 и открывают клапан 19, соединяющий линию 12 отвода фильтрата с нагнетательным трубопроводом напорного насоса 16, и клапан 11 на линии сброса концентрата. В течение регенерации циркуляционный поток реверсируют. В момент регенерации давление в ультрафильтрах 5 составляло 0,15 МПа на входе и 0,05 МПа на выходе, напорный насос 16 обеспечивал обратный поток фильтрата 150 дм³/ч на каждый ультрафильтр. Продолжительность регенерации сохранялась прежней 3 мин при четырехкратном реверсировании циркуляционного потока. Начиная с первой же регенерации, производительность каждого ультрафильтра стала стабильно восстанавливаться до 410-420 дм³/ч, а в прототипе только до 300 дм³/ч. Время снижения производительности каждого ультрафильтра до 240 дм³/ч, т.е. продолжительность межрегенерационного цикла станции увеличилась до 1,5 ч. Количество фильтрата, нарабатываемого каждым ультрафильтром за один межрегенерационный период, возросло с 260 дм³/ч при работе станции-прототипа до 480 дм³/ч. Усредненная по времени производительность ультрафильтра увеличилась с 260 до 320 дм³/ч, т.е. практически на четверть.

Формула изобретения

СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, содержащая последовательно соединенные подводящую магистраль, циркуляционный насос, четырехходовый кран, батарею ультрафильтров, имеющую линию отвода концентрата, соединенную с всасывающей линией циркуляционного насоса и линией сброса концентрата, на которой установлен регулирующий клапан, и линию отвода фильтрата, бак, напорный насос, сорбционный фильтр и стерилизующее устройство, отличающаяся тем, что линия отвода фильтрата соединена через нормально закрытый отсечной клапан с нагнетательным трубопроводом напорного насоса и через параллельно установленные нормально открытый отсечной клапан и регулятор давления с баком, на нагнетательном трубопроводе напорного насоса перед сорбционным фильтром установлен нормально открытый отсечной клапан, а параллельно с регулирующим клапаном на линии сброса концентрата установлен нормально закрытый отсечной клапан.

РИСУНКИ

Рисунок 1