RU2568720C2

RU2568720C2 - Water treatment plant based on delta-filtration technology

Info

Publication number: RU2568720C2
Application number: RU2014115748/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Ищенко; Алексей Юрьевич Ищенко; Никита Алексеевич Ищенко; Оксана Юрьевна Ищенко; Юрий Алексеевич Ищенко
Original assignee: Александр Александрович Ищенко; Алексей Юрьевич Ищенко; Никита Алексеевич Ищенко; Оксана Юрьевна Ищенко; Юрий Алексеевич Ищенко
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-11-20
Also published as: RU2014115748A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to water supply and ecology and can be used in systems for improving the quality of water. A water treatment plant based on delta-filtration technology includes a gravity filter with a granular charge 1, a force cup 4, a reaction chamber 5, a centre pipe 6 with a funnel 7 and a check valve 8, a source water pipe 11 with a unit for inlet of chemicals 12 and a nozzle 13 coaxial to the centre pipe, a filtrate tank 14 with a water-exchange opening 16, an air-exchange pipe 17 with a valve 21, a water drain 15 with a valve 18, means of controlling the quality of the filtrate 22. Under the granular charge 1 there is a reverse filter 2 and a water-distribution system 3. The force cup 4 is provided with a normally closed reverse valve 19. The air-exchange pipe 17 has a force cup 20. The valve 18 is in the form of a return valve. The nozzle 13 of the source water pipe 11 is embedded in the centre pipe 6.

EFFECT: invention simplifies the plant, reduces the height and weight thereof, enables to efficiently use source water, reduces power and flush water consumption, and improves the quality of the filtrate.

8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области водоснабжения, а также экологии и химпрома, может использоваться в системах улучшения качества воды и других жидкостей в ресурсосберегающих режимах, например при реагентном и безреагентном осветлении, обесцвечивании, обезжелезивании и комплексной очистке, стабилизационной обработке воды для защиты металлических труб от коррозии и образования коррозионных отложений.The invention relates to the field of water supply, as well as ecology and the chemical industry, can be used in systems for improving the quality of water and other liquids in resource-saving modes, for example, with reagent and non-reagent clarification, bleaching, iron removal and complex cleaning, stabilization treatment of water to protect metal pipes from corrosion and formation of corrosion deposits.

Известна водоочистная станция на базе технологии дельта-фильтрования, включающая фильтр с зернистой загрузкой, под которой размещены обратный фильтр и водораспределительная система, трубы исходной воды и отвода фильтрата, трубу промывной воды и трубу структуризации (структурирования) загрузки с запорным клапаном, бак для воды, засасываемой в него из загрузки в процессе структурирования нисходящим потоком под действием вакуума (RU 2183492 С1 7, B01D 24/46, 20.06.02). Структурированная загрузка при скоростях фильтрования в среднем 4,5 м/ч (до 8,5 м/ч) осветляет воду в безреагентном режиме так же глубоко, как при тех же затратах энергии в реагентном режиме гравитационно осажденная загрузка (Ю.А. Ищенко. Системы водоснабжения, экология: патентованные решения коренных проблем водоочистки. Изд. ВГСХА, 1995, с. 20-23-46, рис. 8; с. 7, рис. 1), и на ~40% обесцвечивает воду от коллоидных наночастиц крупностью 1-100 нм и микрочастиц пористыми наноструктурами, сформированными микро- и наночастицами примесей вокруг точек контакта зерен загрузки; в реагентном режиме затраты меньше: энергии - в 3 раза, воды на промывку загрузки - в 2 раза.A known water treatment plant based on delta filtering technology, including a filter with a granular charge, under which there is a return filter and a water distribution system, feed water pipes and filtrate drain pipes, a wash water pipe and a load structuring (structuring) pipe with a shut-off valve, a water tank, sucked into it from the load during structuring in a downward flow under the action of vacuum (RU 2183492 C1 7, B01D 24/46, 06/20/02). Structured loading at filtration speeds of an average of 4.5 m / h (up to 8.5 m / h) clarifies water in the non-reagent mode as deeply as with the same energy consumption in the reagent mode gravitationally precipitated load (Yu.A. Ishchenko. Water Supply Systems, Ecology: Patented Solutions to the Fundamental Problems of Water Treatment, ed. VGSHA, 1995, pp. 20-23-46, Fig. 8; p. 7, Fig. 1), and water from colloidal nanoparticles with a particle size of 1 -100 nm and microparticles with porous nanostructures formed by micro- and nanoparticles of impurities around the contact points of the grain en boot; in the reagent mode, the costs are less: energy - 3 times, water for washing the load - 2 times.

Суть технологии дельта-фильтрования состоит «в упорядочении раскладки окатанных зерен песчаной загрузки в завершении промывки фильтра, придании этим фактом главенствующей роли в фильтровальном извлечении примесных микро- и наночастиц из воды … особой форме пор вокруг точек взаимного контакта зерен песка и частиц в образующейся среде нанопористых отложений, где микро- и наночастицы фиксируются приумноженными силами адгезии и аутогезии» (ж-л «Водоснабжение и канализация», 2009, №6, с. 90); а упорядочение раскладки зерен ведется структурированием загрузки путем «принудительного ускорения осаждения псевдоожиженной массы песка интенсивным нисходящим потоком воды, в результате которого фракции оказываются распределенными в толще песка в инвертированной или близко к ней последовательности» (монография Ю.А. Ищенко. Явление и технология дельта-фильтрования природных и сточных вод. ВГСХА, 1997, с. 209, верхний абзац; рис. 56: сверху - крупные, слой а; ниже - помельче, слой б).The essence of the technology of delta filtration is "to streamline the layout of the rounded grains of the sand load at the completion of washing the filter, making this a predominant role in the filter extraction of impurity micro- and nanoparticles from water ... a special pore shape around the points of mutual contact of sand grains and particles in the resulting nanoporous medium sediments, where micro- and nanoparticles are fixed by increased adhesion and autogesia forces ”(Zh.“ Water supply and sewage ”, 2009, No. 6, p. 90); and the grain layout is ordered by structuring the load by “forced acceleration of the sedimentation of the fluidized sand mass by an intense downward flow of water, as a result of which the fractions are distributed in the thickness of the sand in an inverted or close sequence” (monograph by Yu. A. Ishchenko. Phenomenon and technology of delta filtering of natural and wastewater.VSAA, 1997, p. 209, upper paragraph; Fig. 56: large above, layer a; lower — smaller, layer b).

Технический недостаток известной станции: для осуществления промывки зернистой загрузки фильтратом требуется оснащение станции баком фильтрата, располагаемым выше фильтра, что требует высокого здания для его размещения или водонапорной башни. В других случаях высотного расположения бака требуется промывной насос между баком и фильтром. Все это усложняет станцию. Кроме того, для минимизации коррозии металлических труб водоводов и разводящей сети требуются химические анализы и вычисления для корректировки доз реагентов, нет наглядности коррозии, не автоматизирован процесс усиления структурирования загрузки путем полного перекрытия трубы промывной воды для исключения подсасывания ее в бак в ходе структурирования, фильтрат не защищен от срывающихся с зернистой загрузки частиц и от остаточных в воде флокулянта и коагулянта, а также их примесей.Technical disadvantage of the known station: for washing the granular load with leachate, the station must be equipped with a leachate tank located above the filter, which requires a tall building for its placement or a water tower. In other cases of tank height, a flush pump is required between the tank and the filter. All this complicates the station. In addition, to minimize the corrosion of metal pipes of water pipes and the distribution network, chemical analyzes and calculations are required to adjust the doses of reagents, there is no evidence of corrosion, the process of enhancing load structuring by completely blocking the wash water pipe to prevent it from being sucked into the tank during structuring is not automated, the filtrate is not it is protected from particles breaking off from a granular load and from flocculant and coagulant residual in water, as well as their impurities.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и решаемой задаче является водоочистная станция на базе технологии дельта-фильтрования, включающая напорный фильтр с зернистой загрузкой, под которой размещены обратный фильтр и водораспределительная система, вантузом, камерой реакций, центральной трубой с воронкой и запорным клапаном, трубу исходной воды с узлом ввода химреагентов и соосным с центральной трубой соплом, бак фильтрата с водообменным отверстием, воздухообменной трубкой с вентилем, водоотводом с затвором, средства контроля качества фильтрата (RU 2033841 С1 6 B01D 24/48, 30.04.95).The closest to the claimed invention by its technical essence and the problem to be solved is a water treatment plant based on delta filtering technology, including a pressure filter with a granular charge, under which there is a return filter and a water distribution system, a plunger, a reaction chamber, a central pipe with a funnel and a shut-off valve, a source water pipe with a chemical input unit and a nozzle coaxial with the central pipe, a filtrate tank with a water exchange hole, an air exchange pipe with a valve, a drain with a shutter m, filtrate quality control tools (RU 2033841 C1 6 B01D 24/48, 04/30/95).

Технический недостаток прототипа: расположенный над фильтром бак фильтрата как запаса промывной воды делает станцию значительной высоты (около 5 м и более), нужны несущие опоры для бака фильтрата, сложность обвязки станции трубами, наличие водоотвода в виде гидравлического затвора с баком чистой воды и переливным порогом, что в целом усложняет станцию и делает ее дорогой по капитальным вложениям; недостаточная эффективность использования исходной воды в период промывки загрузки (лишь предупреждает заиливание канализации); кроме того, станция недостаточно компактна и обладает существенными потерями напора (энергии) на водообменном отверстии между фильтром и баком фильтрата, для минимизации коррозии металлических труб водоводов и разводящей сети требуются химические анализы и вычисления на их основе для корректировки доз реагентов, нет наглядности коррозии, не автоматизирован процесс усиления структурирования загрузки путем полного перекрытия воздухообменной трубки для исключения поступления воздуха в бак фильтрата в ходе структурирования, фильтрат не защищен от срывающихся с зернистой загрузки частиц и от остаточных в воде флокулянта и коагулянта, а также их примесей.The technical disadvantage of the prototype: the leachate tank located above the filter as a reserve of washing water makes the station a considerable height (about 5 m or more), we need supporting supports for the leachate tank, the difficulty of piping the station, the presence of a drain in the form of a hydraulic shutter with a clean water tank and an overflow threshold , which generally complicates the station and makes it expensive for capital investments; insufficient efficiency of the use of source water during the washing period of the load (only prevents siltation of the sewage system); in addition, the station is not compact enough and has significant pressure (energy) losses at the water exchange hole between the filter and the filtrate tank; to minimize corrosion of metal pipes of water pipes and the distribution network, chemical analyzes and calculations based on them are necessary to adjust the doses of reagents; there is no visualization of corrosion the process of enhancing the structuring of the charge by completely shutting off the air exchange tube to prevent air from entering the filtrate tank during structuring is automated, the filtrate is not e is protected from particles breaking off from the granular load and from flocculant and coagulant residual in water, as well as their impurities.

Техническая задача: уменьшение высоты, снижение массы и упрощение станции, обеспечение возможности размещения бака фильтрата в широком диапазоне высот относительно основания фильтра, в том числе ниже него, снижение капитальных вложений, повышение эффективности использования исходной воды в период промывки зернистой загрузки; кроме того, повышение компактности станции и уменьшение потерь напора на водообменном отверстии, обеспечение наглядного сравнения коррозии металлических труб фильтратом, исходной и эталонной водой, упрощение изготовления образцов трубного металла, автоматизация корректировки работы узла ввода химреагентов, автоматизация процесса усиления структурирования загрузки, повышение качества фильтрата.Technical task: reducing the height, reducing the weight and simplifying the station, providing the possibility of placing the filtrate tank in a wide range of heights relative to the base of the filter, including below it, reducing capital investment, improving the efficiency of using the source water during the washing of the granular load; in addition, increasing the station’s compactness and reducing pressure losses at the water exchange opening, providing a clear comparison of metal pipe corrosion with filtrate, source and reference water, simplifying the manufacture of pipe metal samples, automating the adjustment of the chemical input unit, automating the process of enhancing the loading structure, improving the quality of the filtrate.

Согласно изобретению в водоочистной станции на базе технологии дельта-фильтрования, включающей напорный фильтр с зернистой загрузкой, под которой размещены обратный фильтр и водораспределительная система, вантузом, камерой реакций, центральной трубой с воронкой и запорным клапаном, трубу исходной воды с узлом ввода химреагентов и соосным с центральной трубой соплом, бак фильтрата с водообменным отверстием, воздухообменной трубкой с вентилем, водоотводом с затвором, средства контроля качества фильтрата, вантуз снабжен нормально закрытым обратным клапаном, воздухообменная трубка содержит вантуз, затвор выполнен в виде обратного клапана, сопло трубы исходной воды заглублено в центральную трубу.According to the invention, in a water treatment plant based on delta filtering technology, including a pressure filter with a granular charge, under which there is a return filter and a water distribution system, a plunger, a reaction chamber, a central pipe with a funnel and a shut-off valve, a source water pipe with a chemical input unit and a coaxial with a central pipe nozzle, the filtrate tank with a water exchange hole, an air exchange pipe with a valve, a drain with a shutter, filtrate quality control tools, the plunger is normally closed th check valve, air exchange tube comprises a plunger, the shutter is configured as a check valve, the untreated water pipe buried in the central nozzle pipe.

Предпочтительно напорный фильтр размещен в баке фильтрата, водообменное отверстие выполнено в виде кольцевого окна.Preferably, the pressure filter is located in the filtrate tank, the water exchange opening is made in the form of an annular window.

Для широко распространенных естественных и технологических условий, вызывающих повышенную коррозионность воды:For widespread natural and technological conditions that cause increased corrosion of water:

станция содержит в составе средств контроля качества фильтрата стенд сравнения коррозии образцов трубного металла фильтратом, исходной и эталонной водой, включающего компьютер, сканер и чашки Петри с образцами трубного металла, залитых фильтратом, исходной и эталонной водой для периодической регистрации в ультрафиолетовом свете сканера и демонстрации на экране компьютера, в т.ч. в анимационном представлении, динамичного облака веществ коррозии вокруг образцов трубного металла;the station contains, as a part of filtrate quality control tools, a benchmark for comparing the corrosion of pipe metal samples with filtrate, source and reference water, including a computer, scanner, and Petri dishes with pipe metal samples filled with filtrate, source and reference water for periodic registration in ultraviolet light of the scanner and demonstration on computer screen, incl. in an animated view, a dynamic cloud of corrosion substances around samples of pipe metal;

образцы трубной стали выполнены в виде одинаковых по габаритам стержней из проволоки или гвоздей соответствующей марки стали, предварительно выдержанных в травильном растворе до полного снятия с их поверхностей металлического антикоррозионного слоя;samples of pipe steel are made in the form of identical rods of the same size from wire or nails of the corresponding steel grade, previously aged in the etching solution until the metal anticorrosive layer is completely removed from their surfaces;

станция содержит контроллер с линией управления узлом ввода химреагентов по сигналам со стенда, связанного пробоподающими трактами с источниками фильтрата, исходной и эталонной воды на станции.the station contains a controller with a control line for the chemical reagent input unit according to signals from the stand connected by the sampler paths to the sources of the filtrate, source and reference water at the station.

Кроме того, станция содержит на воздухообменной трубке нормально открытый клапан с приводом и таймером продолжительности закрытого состояния, датчик начала структурирования фильтрующей загрузки с сигнальной линией к приводу; бак фильтрата оснащен над водообменным отверстием гофрированным микропористым фильтром; гофрированный микропористый фильтр выполнен из нерастворимого электропроводного материала и является электродом, образующим в баке фильтрата в паре с донным электродом и внешним источником тока цепь электрофореза.In addition, the station contains a normally open valve with an actuator and a timer for the duration of the closed state on the air exchange tube, a sensor for starting the structuring of the filter load with a signal line to the actuator; the filtrate tank is equipped with a corrugated microporous filter above the water exchange opening; the corrugated microporous filter is made of insoluble electrically conductive material and is an electrode forming an electrophoresis circuit in the filtrate tank paired with a bottom electrode and an external current source.

На фиг. 1 показана водоочистная станция на базе технологии дельта-фильтрования, общий вид.In FIG. 1 shows a water treatment plant based on delta filtering technology, a general view.

Водоочистная станция на базе технологии дельта-фильтрования содержит напорный фильтр с зернистой загрузкой 1, обратным фильтром 2 (например, известными гравийным, колпачковым, щелевым, из пористых плит), водораспределительной системой 3, вантузом 4, камерой реакций 5, центральной трубой 6 с воронкой 7 и запорным клапаном 8, который может быть автоматическим, например неравноплечим с уплотнителем 9 и фиксатором 10, или управляемым оператором.A water treatment plant based on delta filtering technology contains a pressure filter with a granular charge 1, a return filter 2 (for example, well-known gravel, cap, slotted, porous plates), a water distribution system 3, a plume 4, a reaction chamber 5, a central pipe 6 with a funnel 7 and a shut-off valve 8, which may be automatic, for example, unequal with a seal 9 and a retainer 10, or controlled by an operator.

Станция содержит также трубу подачи исходной воды 11 с размещенным на ней узлом ввода химреагентов 12 и соплом 13, заглубленным в центральную трубу 6; бак фильтрата 14 с водоотводом 15, водообменным отверстием 16 и воздухообменной трубкой 17 с вентилем 21; средства контроля качества фильтрата 22; водоотвод 15 содержит затвор в виде обратного клапана 18, вантуз 4 снабжен нормально закрытым обратным клапаном 19, воздухообменная трубка 17 снабжена вантузом 20.The station also contains a feed water supply pipe 11 with a chemical input unit 12 located on it and a nozzle 13 buried in the central pipe 6; the filtrate tank 14 with a drain 15, a water exchange hole 16 and an air exchange tube 17 with a valve 21; filtrate quality control means 22; the drainage 15 contains a shutter in the form of a check valve 18, the plunger 4 is equipped with a normally closed check valve 19, the air exchange tube 17 is equipped with a plunger 20.

На фиг. 2 показано предпочтительное компактное размещение напорного фильтра 1 станции в баке фильтрата 14. При этом водообменное отверстие 16 выполнено в виде кольцевого окна.In FIG. 2 shows a preferred compact arrangement of the station pressure filter 1 in the filtrate tank 14. In this case, the water exchange opening 16 is in the form of an annular window.

В составе средств контроля качества фильтрата 22 содержится стенд 23 сравнения коррозии образцов трубного металла, включающий компьютер, сканер и на его предметном стекле чашки Петри 25, 26 и 27 с образцами трубного металла 24, залитых фильтратом, исходной и эталонной водой для периодической регистрации в ультрафиолетовом свете сканера и демонстрации на экране компьютера, в том числе в анимационном представлении, динамичного облака веществ коррозии вокруг образцов 24; стенд 23 связан пробоподающими трактами 28, 29 и 30 с источниками фильтрата - баком фильтрата 14, исходной воды - трубой исходной воды 11, эталонной воды, например дистиллированной, - сосудом 31; контроллер 32 связан линией управления 33 с узлом ввода химреагентов 12 и стендом 23.The quality control of filtrate 22 contains a bench 23 for comparing the corrosion of pipe metal samples, including a computer, a scanner, and Petri dishes 25, 26, and 27 with samples of pipe metal 24 filled with filtrate, initial and reference water for periodic recording in ultraviolet on its slide; the light of the scanner and the demonstration on the computer screen, including in the animation representation, of a dynamic cloud of substances of corrosion around the samples 24; stand 23 is connected by sampling paths 28, 29 and 30 to the sources of the filtrate — a filtrate tank 14, the source water — a pipe of the source water 11, a reference water, for example, distilled — a vessel 31; the controller 32 is connected by a control line 33 with the input unit of the chemicals 12 and the stand 23.

Поскольку для водоводов и разводящих сетей применяют металлические трубы из стали и чугуна с приблизительно одинаковыми коррозионными свойствами, причем чугун несколько более коррозионно устойчив, то в запас исследований коррозии принята в качестве трубного металла сталь, которая применяется также для изготовления проволоки и гвоздей. Это обстоятельство позволяет упростить изготовление из них образцов 24.Since metal pipes made of steel and cast iron with approximately the same corrosion properties are used for water conduits and distribution networks, and cast iron is somewhat more corrosion resistant, steel, which is also used for the manufacture of wire and nails, is accepted as a pipe metal in the reserve of corrosion studies. This fact allows us to simplify the manufacture of samples 24.

Кроме того, станция содержит на воздухообменной трубке 17 нормально открытый клапан 34 с приводом и таймером продолжительности закрытого состояния, датчик начала структурирования 35 фильтрующей загрузки 1 с сигнальной линией 36 к клапану 34; бак фильтрата 14 оснащен над водообменным отверстием 16 гофрированным микропористым фильтром 37, обладающим благодаря гофрам повышенной площадью и, следовательно, пониженным гидравлическим сопротивлением для прямого и обратного потоков воды, а также донным электродом 38; содержит источник тока 39.In addition, the station contains on the air exchange tube 17 a normally open valve 34 with an actuator and a timer for the duration of the closed state, a sensor for starting structuring 35 of the filter load 1 with a signal line 36 to the valve 34; the filtrate tank 14 is equipped above the water exchange hole 16 with a corrugated microporous filter 37, which, thanks to the corrugations, has an increased area and, therefore, a reduced hydraulic resistance for direct and reverse water flows, as well as a bottom electrode 38; contains a current source 39.

В исходном положении зернистая загрузка 1 размещена в плотном состоянии на обратном фильтре 2, препятствующем просыпанию зерен загрузки 1 в водораспределительную систему 3. Запорный клапан 8 находится в горизонтальном закрытом положении и зафиксирован фиксатором 10. Вентиль 21 на воздухообменной трубке 17 прецизионно отрегулирован на впуск в бак 14 через вантуз 20 воздуха с расходом, равным промывному расходу воды в конце промывки фильтрующей загрузки 1, обеспечивающего расширение загрузки 1 для ее «кипения» в псевдоожиженном состоянии. Обратные клапаны 18 и 19 находятся в нормально закрытом состоянии. Полости элементов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 20 заполнены воздухом; чашки Петри 25, 26 и 27 с образцами трубного металла 24 сухие. Узел ввода химреагентов 12 выключен.In the initial position, the granular load 1 is placed in a dense state on the return filter 2, which prevents the pouring of the grains of the load 1 into the water distribution system 3. The shut-off valve 8 is in the horizontal closed position and is fixed by the latch 10. The valve 21 on the air exchange tube 17 is precisely adjusted to the inlet into the tank 14 through a plunger 20 of air with a flow rate equal to the washing flow rate of water at the end of the washing of the filter load 1, providing expansion of the load 1 for its "boiling" in a fluidized state. Check valves 18 and 19 are in a normally closed state. The cavities of the elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 20 are filled with air; Petri dishes 25, 26 and 27 with samples of pipe metal 24 dry. The input site of chemicals 12 is turned off.

Водоочистная станция на базе технологии дельта-фильтрования работает в одном подготовительном периоде и трех далее последовательно повторяющихся основных периодах:A water treatment plant based on delta filtering technology operates in one preparatory period and three further successively repeating main periods:

- подготовительный период: он заключается в подаче на станцию исходной воды по трубе 11 с пониженной скоростью фильтрования для получения первоначального фильтрата, заполнении им бака 14 на весь объем, необходимый на последующую первую промывку зернистой загрузки 1;- preparatory period: it consists in supplying the source water to the station through a pipe 11 with a reduced filtration rate to obtain the initial filtrate, filling the tank 14 with it for the entire volume necessary for the subsequent first washing of the granular load 1;

- период промывки загрузки 1 и формирования вакуума в баке 14;- the period of washing the load 1 and the formation of vacuum in the tank 14;

- период структурирования загрузки 1 засосом воды из нее в бак 14;- the period of structuring the load 1 by sucking water from it into the tank 14;

- период фильтрования до полного заполнения фильтратом бака 14 с отводом его далее через водоотвод 15 и обратный клапан 18 в систему водоснабжения. Этот период связан с предварительным изготовлением образцов трубного металла 24 и сопровождается наглядным сравнением на стенде 23 их коррозии фильтратом, исходной и эталонной водой, а также автоматической корректировкой работы узла ввода химреагентов 12.- the filtering period until the filtrate is completely filled with tank 14 with its further discharge through the drain 15 and the check valve 18 into the water supply system. This period is associated with the preliminary production of samples of pipe metal 24 and is accompanied by a clear comparison on the stand 23 of their corrosion with filtrate, source and reference water, as well as automatic adjustment of the input unit of chemicals 12.

В подготовительном периоде исходная вода подается с небольшим расходом по трубе 11 через узел ввода химреагентов 12 и сопло 13 в трубу 6 с выходом через воронку 7 в камеру реакций 5. Узел ввода химреагентов 12 включают в работу по необходимости, в зависимости от вида загрязнений и их концентрации в исходной воде. Проходя в порах зернистой загрузки 1 вниз, вода очищается в ней, и фильтрат поступает через обратный фильтр 2 в водораспределительную систему 3, откуда отводится под напором через водоотводящее отверстие 16 в бак 14. При этом воздух вытесняется из бака 14 по воздухообменной трубке 17 через вантуз 20 и вентиль 21 в атмосферу. После заполнения фильтратом бака 14 станция готова для работы в трех далее повторяющихся последовательно основных периодах.In the preparatory period, the source water is supplied with a small flow rate through the pipe 11 through the chemical input unit 12 and the nozzle 13 into the pipe 6 with the outlet through the funnel 7 into the reaction chamber 5. The chemical input unit 12 is put into operation as necessary, depending on the type of contaminants and their concentration in the source water. Passing downward in the pores of the granular load 1, the water is purified in it, and the filtrate flows through a return filter 2 to the water distribution system 3, from where it is discharged under pressure through the water outlet 16 to the tank 14. At the same time, air is displaced from the tank 14 through the air exchange pipe 17 through the plunger 20 and valve 21 into the atmosphere. After filling the tank 14 with the filtrate, the station is ready for operation in three further successive main periods.

Начинают период промывки загрузки выключением узла ввода химреагентов 12 для экономии. Открывают запорный клапан 8. Сразу же увеличивают расход воды в трубе 11, следовательно, и в сопле 13 до величины не менее расчетного эксплуатационного расхода фильтрования, который всегда будет наблюдаться при чистой зернистой загрузке 1. Под действием напора воды в баке 14 относительно открытого запорного клапана 8 промывная вода устремляется по элементам 14, 16, 3, 2, 1, 5, 7, 6 и 8 в канализацию. При этом фильтрующая загрузка 1 подвергается давлению воды снизу, и она разрыхляется. В тот же момент мощная нисходящая струя воды из сопла 13 увлекает воду вниз по центральной трубе 6, так как в зазоре между ней и подающей трубой 11 возникает, по принципу действия эжектора, пониженное давление, благодаря чему интенсивно эжектируется вода из камеры 5 в трубу 6. Давление в камере 5 падает настолько, что загрузка переходит в псевдоожиженное состояние, «кипит». Зерна отмываются от грязи, которая далее сбрасывается с потоком промывной воды в канализацию через открытый запорный клапан 8.Begin the washing rinse period by turning off the chemical input unit 12 to save. Open the shutoff valve 8. Immediately increase the flow rate of water in the pipe 11, therefore, in the nozzle 13 to a value not less than the estimated operational flow rate of the filtration, which will always be observed with a clean granular load 1. Under the influence of the pressure of water in the tank 14 relative to the open shutoff valve 8 rinsing water rushes through the elements 14, 16, 3, 2, 1, 5, 7, 6 and 8 into the sewer. When this filter load 1 is subjected to water pressure from below, and it loosens. At the same time, a powerful downward stream of water from the nozzle 13 carries water down the central pipe 6, since in the gap between it and the supply pipe 11, a reduced pressure arises, according to the principle of the ejector, due to which water is intensively ejected from the chamber 5 into the pipe 6 The pressure in the chamber 5 drops so that the load goes into a fluidized state, "boils". Grains are washed from dirt, which is then discharged with a wash water stream into the sewer through an open shut-off valve 8.

Начальные высокие уровни воды в баке 14 совместно с эжекцией обеспечивают максимально допустимое против уноса зерен загрузки 1 ее расширение. Такое расширение задается постоянной минимальной степенью открытия вентиля 21 для воздуха, замещающего в баке 14 отсасываемую воду. При этом клапан 19 исходно закрыт, пропускная способность вентиля 21 для воздуха меньше пропускной способности элементов 14, 16, 3, 2, 1, 5, 7, 6 и 8. Поэтому в баке 14 воздух разрежается все менее интенсивно, расход отсоса воды из него снижается. Вследствие этого к завершению промывки расширение загрузки несколько уменьшается, Но воздух в баке 14 продолжает разрежаться до определенной величины вакуума. Наступает момент возникновения критического вакуума в баке 14, нарушающего устойчивость эжекции воды в зазоре между трубами 6 и 11. По наступлении этого момента через запорный клапан 8 и центральную трубу 6 в зазор эжекции воды прорывается снизу воздух. Он врывается в камеру 5, давление в ней резко возрастает до близкого к атмосферному, и этим моментом завершается период промывки зернистой загрузки 1.Initial high water levels in the tank 14, together with ejection, provide the maximum extension against loading grain entrainment 1. This expansion is defined by a constant minimum degree of opening of the valve 21 for air, replacing the suction water in the tank 14. In this case, the valve 19 is initially closed, the throughput of the valve 21 for air is less than the throughput of the elements 14, 16, 3, 2, 1, 5, 7, 6 and 8. Therefore, the air in the tank 14 is less and less intensive, the flow rate of water suction from it declining. As a result, to the completion of the washing, the expansion of the load decreases somewhat, but the air in the tank 14 continues to be diluted to a certain vacuum value. There comes a moment of the emergence of a critical vacuum in the tank 14, violating the stability of the water ejection in the gap between the pipes 6 and 11. At the onset of this moment, air breaks into the water ejection gap through the shutoff valve 8 and the central pipe 6 from below. It breaks into the chamber 5, the pressure in it rises sharply to close to atmospheric, and this moment ends the washing period of the granular load 1.

Период структурирования зернистой загрузки 1 с засасыванием воды из нее баком 14 наступает автоматически под действием критического вакуума в баке 14. Перевод станции в этот режим может осуществить и оператор, принудительно закрыв, например вручную, запорный клапан 8. В результате в псевдоожиженной загрузке 1 моментально возникает мощный обратный, нисходящий ток воды. Он увлекает зерна загрузки в быстрое принудительное осаждение, при котором мелкие зерна интенсивно засасываются водой вниз среди крупных зерен большей инерционности. Осажденная таким способом загрузка оказывается принудительно гидравлически структурированной с увеличивающейся крупностью зерен (пор) в верхнем направлении.The period of structuring of the granular load 1 with the suction of water from the tank 14 starts automatically under the influence of a critical vacuum in the tank 14. The operator can also put the station into this mode by forcing, for example, manually closing the shut-off valve 8. As a result, in the fluidized load 1 instantly occurs powerful reverse, downward flow of water. It carries the loading grains into rapid forced sedimentation, in which small grains are intensively sucked in with water down among large grains of greater inertia. The load precipitated in this way is forcedly hydraulically structured with increasing grain size (pores) in the upper direction.

Задавая глубину вакуума в баке 14 величиной открытия вентиля 21, можно программировать интенсивность осаждения мелких фракций загрузки относительно более крупных и, следовательно, управлять степенью автоматического структурирования зернистой загрузки 1. Чем больше самых крупных зерен окажется у поверхности загрузки, тем выше эффект структурирования. Наибольшего эффекта можно достичь при полном закрытии вентиля 21 с момента начала структурирования до его завершения.By setting the vacuum depth in the tank 14 by the opening value of the valve 21, it is possible to program the deposition rate of small loading fractions relatively larger and, therefore, to control the degree of automatic structuring of the granular loading 1. The more large grains are at the loading surface, the higher the structuring effect. The greatest effect can be achieved by completely closing the valve 21 from the moment of structuring to its completion.

В период фильтрования, при включенном или выключенном узле подачи химреагентов 12, станция переходит в результате автоматического, или оператором, закрытия запорного клапана 8. Автоматически он закрывается под действием фиксатора 10 и вертикальной струи воды из сопла 13 после прорыва воздуха в центральную трубу 6 снизу через запорный клапан 8. Исходная вода (с реагентами или без них) перемешивается в трубе 6, поднимается в воронку 7 и заполняет камеру реакций 5. При этом воздух из нее вытесняется водой в атмосферу через вантуз 4 и открывшийся под давлением воздуха клапан 19. После заполнения камеры 5 закрывается вантуз 4 его внутренним поплавковым клапаном, обратный клапан 19 возвращается в нормально закрытое состояние. Если запорный клапан 8 был закрыт оператором, то сначала принудительно осаждается загрузка 1 изменившим направление вниз потоком воды, и затем она, уже в плотном состоянии, вовлекается в напорный режим фильтрования. Вода фильтруется вниз из камеры 5 через структурированную зернистую загрузку 1, поступает через обратный фильтр 2 в распределительную систему 3 и под напором через отверстие 16, бак 14 и обратный клапан 18 в систему водоснабжения.During the filtering period, when the chemical supply unit 12 is turned on or off, the station switches as a result of the automatic or by the operator closing the shut-off valve 8. It automatically closes under the action of the lock 10 and a vertical stream of water from the nozzle 13 after air breaks into the central pipe 6 from below through shut-off valve 8. The source water (with or without reagents) is mixed in the pipe 6, rises into the funnel 7 and fills the reaction chamber 5. At the same time, air is displaced from it into the atmosphere through the plunger 4 and opened under air pressure valve 19. After filling the chamber 5, the plunger 4 is closed by its internal float valve, the check valve 19 returns to the normally closed state. If the shutoff valve 8 was closed by the operator, first load 1 is forced to precipitate by a downward flow of water, and then, already in the dense state, it is involved in the pressure filtering mode. Water is filtered down from the chamber 5 through a structured granular charge 1, flows through a return filter 2 to the distribution system 3 and under pressure through the hole 16, tank 14 and check valve 18 into the water supply system.

Напор воды в баке 14 создается в результате полного вытеснения воздуха из него по воздухообменной трубке 17 через вантуз 20 и постоянно открытый вентиль 21, а также последующего закрытия вантуза 20 всплывшим в нем поплавковым клапаном. В процессе фильтрования в зернистой загрузке 1 накапливаются отложения, гидравлическое сопротивление ее растет (по мере загрязнения загрузки расход воды через нее уменьшается до заданного момента перевода станции запорным клапаном 8 на промывку), напор воды в камере реакций 5 увеличивается. При определенном заданном максимуме давления в камере 5, а следовательно, и в трубе 6, под действием этого давления открывается запорный клапан 8 или его открывает оператор, и станция переходит на промывку зернистой загрузки 1 обратным током воды, засасываемой в камеру 5 из бака 14 эжекцией в трубе 6, как изложено выше.The water pressure in the tank 14 is created as a result of the complete displacement of air from it through the air exchange tube 17 through the plunger 20 and the constantly open valve 21, as well as the subsequent closure of the plunger 20 by the float valve that pops up in it. During the filtering process, deposits accumulate in the granular charge 1, its hydraulic resistance increases (as the load becomes contaminated, the water flow through it decreases to a predetermined moment when the station is turned off by the shut-off valve 8 for washing), and the water pressure in the reaction chamber 5 increases. At a certain specified maximum pressure in the chamber 5, and therefore in the pipe 6, under the influence of this pressure, the shut-off valve 8 opens or the operator opens it, and the station switches to washing the granular load 1 with a reverse current of water, sucked into the chamber 5 from the tank 14 by ejection in the pipe 6, as described above.

Далее описанные периоды промывки, структурирования и фильтрования последовательно повторяются автоматически или задаются оператором с помощью запорного клапана 8 до остановки станции на профилактику.Further, the described periods of washing, structuring and filtering are sequentially repeated automatically or set by the operator using the shut-off valve 8 until the station stops for prevention.

Взаимодействие элементов станции согласно предпочтительному виду на фиг. 2 ничем не отличается от станции на фиг. 1. Но она компактна и обладает ничтожными потерями напора на кольцевом водообменном окне 16 ввиду заданной значительной его площади в сравнении с отверстием 16 на фиг. 1.The interaction of station elements according to the preferred view of FIG. 2 is no different from the station in FIG. 1. But it is compact and has negligible pressure losses on the annular water exchange window 16 due to a given significant area in comparison with the hole 16 in FIG. one.

Наглядное сравнение коррозии образцов трубного металла фильтратом, исходной и эталонной водой ведется на стенде 23, включающем компьютер, сканер и чашки Петри 25, 26 и 27 с образцами 24, залитых фильтратом в чашке 27, исходной водой в чашке 26 и эталонной в чашке 25, путем периодической регистрации в ультрафиолетовом свете сканера и демонстрации на экране компьютера, в т.ч. в анимационном представлении, динамичного облака веществ коррозии вокруг образцов трубного металла 24.A visual comparison of the corrosion of pipe metal samples by filtrate, source and reference water is carried out at stand 23, which includes a computer, scanner and Petri dishes 25, 26 and 27 with samples 24 filled with filtrate in a cup 27, source water in a cup 26 and reference in a cup 25, by periodically recording the scanner in ultraviolet light and demonstrating it on a computer screen, incl. in an animated representation, a dynamic cloud of corrosion substances around pipe metal samples 24.

Образцы трубной стали 24 изготовляются просто - без токарного оборудования, например ручными ножницами по металлу, и обработкой травлением в водных растворах кислот, хлорного железа.Samples of pipe steel 24 are made simply - without turning equipment, for example, with manual scissors for metal, and processing by etching in aqueous solutions of acids, ferric chloride.

Контроллер 32 с линией управления 33 и связь стенда 23 пробоподающими трактами 28, 29 и 30 с источниками фильтрата, исходной и эталонной воды на станции обеспечивают автоматическую корректировку работы узла ввода химреагентов 12 по сигналам со стенда 23.The controller 32 with the control line 33 and the connection of the stand 23 sample paths 28, 29 and 30 with the sources of the filtrate, the source and reference water at the station provide automatic adjustment of the input node of chemicals 12 according to the signals from the stand 23.

Нормально открытый клапан 34 с приводом и таймером продолжительности закрытого состояния этого клапана на воздухообменной трубке 17, датчик 35 начала структурирования фильтрующей загрузки с сигнальной линией 36 к клапану 34 автоматически переводят станцию в режим максимального структурирования зернистой загрузки 1.A normally open valve 34 with an actuator and a timer for the duration of the closed state of this valve on the air exchange tube 17, the sensor 35 starts structuring the filter load with a signal line 36 to the valve 34 automatically puts the station in the maximum structuring mode of the granular load 1.

Гофрированный микропористый фильтр 37 в баке фильтрата 14 очищает фильтрат от частиц, срывающихся с фильтрующей загрузки 1. Они задерживаются нижней поверхностью гофрированного микропористого фильтра 37. А при движении воды в баке 14 в обратном направлении, вниз, гофрированный микропористый фильтр 37 промывается, а грязь выносится водой через «кипящую» загрузку 1 и запорный клапан 8 в канализацию.The corrugated microporous filter 37 in the filtrate tank 14 cleans the filtrate from particles disengaging from the filter load 1. They are retained by the bottom surface of the corrugated microporous filter 37. And when the water moves in the tank 14 in the opposite direction, down, the corrugated microporous filter 37 is washed and the dirt is removed water through the "boiling" charge 1 and the shut-off valve 8 into the sewer.

Гофрированный микропористый фильтр 37, выполненный из нерастворимого электропроводного материала, являясь электродом и образуя в баке фильтрата 14 совместно с донным электродом 38 и источником тока 39 цепь электрофореза, снижает в фильтрате содержание флокулянта и коагулянта, а также их примесей, усиливает сцепление веществ с ним.A corrugated microporous filter 37 made of insoluble electrically conductive material, being an electrode and forming in the filtrate tank 14 together with the bottom electrode 38 and current source 39, an electrophoresis circuit, reduces the content of flocculant and coagulant, as well as their impurities in the filtrate, and enhances the adhesion of substances to it.

Таким образом, благодаря тому, что в водоочистной станции на базе технологии дельта-фильтрования воздушное отверстие вантуза 4 снабжено нормально закрытым обратным клапаном 19, воздухообменная трубка 17 с вентилем 21 содержит вантуз 20, водоотвод 15 снабжен обратным клапаном 18, сопло 13 трубы исходной воды 11 заглублено в центральную трубу 6, уменьшена в ~2 раза высота станции до значения высоты напорного фильтра (до 2,5-3 м), снижена ее масса в 3-4 раза вследствие исключения несущих опор или использования фильтра 1 в качестве несущей опоры для бака фильтрата 14, упрощения обвязки трубами и исключения необходимости бака чистой воды с переливным порогом; обеспечена возможность размещения бака фильтрата 14 в широком диапазоне высот относительно основания фильтра 1, в том числе под ним, снижены капитальные вложения на станцию в 3-4 раза, повышена эффективность использования исходной воды в периоде промывки фильтра.Thus, due to the fact that in the water treatment plant based on delta-filtering technology, the air vent of the plunger 4 is equipped with a normally closed non-return valve 19, the air exchange pipe 17 with valve 21 contains a plunger 20, the drain 15 is equipped with a non-return valve 18, the nozzle 13 of the source water pipe 11 buried in the central pipe 6, the height of the station was reduced by ~ 2 times to the height of the pressure filter (to 2.5-3 m), its weight was reduced by 3-4 times due to the exclusion of support legs or the use of filter 1 as a support for the tank Phil waste 14, simplification of piping tubes and eliminate the need of clean water tank with overflow threshold; it is possible to place the filtrate tank 14 in a wide range of heights relative to the base of filter 1, including under it, capital investments in the station are reduced by 3-4 times, the efficiency of the use of source water during the filter washing period is increased.

Благодаря размещению напорного фильтра с загрузкой 1 в баке фильтрата 14 повышена компактность станции, и за счет этого еще более снижены капитальные вложения на нее, а выполнение водообменного отверстия 16 в виде кольцевого окна уменьшило потери энергии на нем.Due to the location of the pressure filter with a charge of 1 in the filtrate tank 14, the compactness of the station is increased, and due to this, capital investments in it are even more reduced, and the implementation of the water exchange hole 16 in the form of an annular window has reduced energy losses on it.

Обеспечение стендом 23 наглядного сравнения коррозии образцов трубного металла 24 фильтратом, исходной и эталонной водой исключило химические анализы воды и вычисления для корректировки доз реагентов.Providing stand 23 for a clear comparison of corrosion of pipe metal samples 24 with filtrate, initial and reference water excluded chemical analyzes of water and calculations to adjust the doses of reagents.

Выполнение образцов трубной стали 24 в виде одинаковых по габаритам стержней из проволоки или гвоздей соответствующей марки стали с обработкой в травильном растворе упростило их изготовление.The execution of samples of pipe steel 24 in the form of identical in size rods from wire or nails of the corresponding steel grade with processing in the etching solution simplified their manufacture.

Оснащение станции контроллером 32 с линией управления 33 по сигналам со стенда 23, связанного пробоподающими трактами 28, 29 и 30 с источниками фильтрата, исходной и эталонной воды, автоматизировало корректировку работы узла ввода химреагентов 12.Equipping the station with a controller 32 with a control line 33 according to signals from the stand 23, connected by the sampling paths 28, 29 and 30 to the sources of the filtrate, the source and reference water, automated the adjustment of the operation of the chemical input unit 12.

Кроме того, благодаря автоматизации перекрытия трубки 17 с помощью датчика 35, линии 36 и клапана 34 с приводом и таймером, прекращающих на заданную продолжительность поступление воздуха в бак фильтрата 14, автоматизирован процесс усиления структурирования зернистой загрузки 1. Например, по кварцевому песку с dэкв=1,1 мм при скорости фильтрования v=5 м/ч согласно фиг. 3 кривых послойного грансостава имеем: на поверхности загрузки крупный песок «а» с dcp вместо мелкого «a1» с dcp.1, на глубине 10 см крупный «б» вместо мелкого «б1», на глубине 90 см мелкий «в» вместо крупного «в1»; на графике потерь напора H=f(t) при реагентном фильтровании видны: на структурированной загрузке 1 трехкратно меньшие энергозатраты (Н2/Н1=3) после фильтрования в течение t=7 ч, чем на гравитационно осажденной 2, возможность продолжения фильтрования до 16 ч и более - до предельных потерь напора на загрузке 1,5-10 м и выше.In addition, due to the automation of the overlap of the tube 17 with a sensor 35, line 36, and a valve 34 with an actuator and a timer, which stop the flow of air into the filtrate tank 14 for a given duration, the process of enhancing the structuring of the granular load 1 is automated. For example, on quartz sand with dEq = 1.1 mm at a filtration speed of v = 5 m / h according to FIG. We have 3 curves of layer-by-layer composition: on the loading surface coarse sand “a” with dcp instead of fine “a1” with dcp.1, at a depth of 10 cm large “b” instead of shallow “b1”, at a depth of 90 cm small “c” instead of coarse "in 1"; on the pressure loss graph H = f (t) during reagent filtering, one can see: on a structured load 1 three times less energy consumption (Н2 / Н1 = 3) after filtering for t = 7 hours than on gravitationally precipitated 2, the possibility of continuing the filtering up to 16 hours and more - to the maximum pressure loss at a load of 1.5-10 m and above.

Оснащение бака фильтрата 14 гофрированным микропористым фильтром 37 повысило качество фильтрата от срывающихся с зернистой загрузки 1 частиц, а выполнение его из нерастворимого электропроводного материала и в качестве электрода, образующего в баке 14 в паре с донным электродом 38 и внешним источником тока 39 цепь электрофореза, снижает в фильтрате концентрации остаточных флокулянтов и коагулянтов, в частности [C₃H₅NO]п, [C₇H₁₁N₃·ClH]п, Al₂(SO₄)₃·18H₂O, а также их примесей вплоть до полного перехвата гофрированным микропористым фильтром. Полярность электродов и напряжение на них подбираются опытным путем.Equipping the filtrate tank 14 with a corrugated microporous filter 37 increased the quality of the filtrate from particles disintegrating from the granular charge 1, and its performance from an insoluble conductive material and as an electrode forming an electrophoresis circuit in the tank 14 together with the bottom electrode 38 and an external current source 39 reduces in the filtrate, the concentration of residual flocculants and coagulants, in particular [C ₃ H ₅ NO] p, [C ₇ H ₁₁ N ₃ · ClH] p, Al ₂ (SO ₄ ) ₃ · 18H ₂ O, as well as their impurities up to the full interception with a corrugated microporous filter. The polarity of the electrodes and the voltage on them are selected empirically.

Claims

1. A water treatment plant based on delta filtering technology, including a pressure filter with a granular charge, under which there is a return filter and a water distribution system, a plunger, a reaction chamber, a central pipe with a funnel and a shut-off valve, a source water pipe with a chemical input unit and coaxial with the central pipe nozzle, the filtrate tank with a water exchange hole, an air exchange pipe with a valve, a drain with a shutter, filtrate quality control means, characterized in that the plunger is equipped with rytym return valve, air exchange tube comprises a plunger, the shutter is configured as a check valve, the untreated water pipe buried in the central nozzle pipe.

2. The station under item 1, characterized in that the pressure filter is located in the filtrate tank, the water exchange hole is made in the form of an annular window.

3. Station according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it contains, as a part of the filtrate quality control tools, a stand for comparing the corrosion of pipe metal samples with filtrate, source and reference water, including a computer, a scanner and Petri dishes with pipe metal samples, filled with filtrate, source and reference water for periodic registration in the ultraviolet light of the scanner and demonstration on a computer screen, including in the animation representation, of a dynamic cloud of substances of corrosion around samples of pipe metal.

4. Station according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the samples of pipe steel are made in the form of identical in size rods of wire or nails of the corresponding steel grade, previously aged in the etching solution until the metal anticorrosive layer is completely removed from their surfaces.

5. Station according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it contains a controller with a control line for the chemical input unit according to signals from the stand connected by the sampler paths to the sources of the filtrate, source and reference water at the station.

6. Station according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that it contains a normally open valve with an actuator and a timer for the duration of the closed state on the air exchange tube, a sensor for structuring the filter load with a signal line to the actuator.

7. Station according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the filtrate tank is equipped with a corrugated microporous filter above the water exchange opening.

8. The station according to claim 7, characterized in that the corrugated microporous filter is made of insoluble conductive material and is an electrode forming an electrophoresis circuit in the filtrate tank in tandem with the bottom electrode and an external current source.