Инновационная установка Аквалид по обеззараживанию и очистке воды с импортозамещением фильтрующих материалов.
Промышленное обеззараживание и очистка воды в мире осуществляется в основном следующими способами. Обеззараживание – путем обработки воды соединениями активного хлора - основной способ. Реже с этой целью применяется ультрафиолетовая обработка или озонирование. Еще реже - кавитация. Очистка воды от примесей осуществляется, как правило, фильтрацией либо на тканых промываемых фильтрах, либо на засыпных фильтровальных колоннах с активированным кокосовым углем. Для обезжелезивания и умягчения воды применяют специальные дорогостоящие ионообменные смолы. Для качественной очистки воды, включающей первичное обеззараживания используется ультрафильтрация мембранами с размерами пор от 0,01 до 0,1 мкм. Обратный осмос из-за высокой стоимости оборудования и себестоимости очистки мембран используется в основном для опреснения соленых вод и для бытовых установок. Все эти методы фильтрации требуют применение предварительной коагуляции и флокуляции с последующим осаждением примесей в отстойниках объемом трехсуточного потребления чистой воды. Из-за высокой стоимости очистки, требуемых больших площадей для оборудования, а особенно из-за отсутствия отечественных мембран и угольных сорбентов надлежащего качества эти способы неприменимы для небольших водозаборов с ограниченными ресурсами на их обслуживание. Нами разработана установка низкая по цене, компактная, простая в обслуживании, не требующая применения импортных мембран и фильтрующих сред. Проведенные патентные исследования, в том числе по системе РСТ установок для очистки и обеззараживания воды не выявили совпадений с разрабатываемой установкой, кроме патента на изобретение нашего предприятия - ООО «Аквалид».
Принцип работы установки основан на двухступенчатой схеме обеззараживания воды и последующей ее фильтрацией в спиральных фильтрах с 2-3мм намывным слоем фильтровального перлита. Предварительно очищенная от грубых механических примесей вода насосом с давлением 8 - 12 ати подается на проточный гидродинамический кавитатор. На все насосы одновременно подается водный раствор гипохлорита натрия и хлорноватистой кислоты. В активной зоне кавитатора происходит полное обеззараживание воды (на 80-90% за счет эффекта кавитации и оставшиеся 10-20% за счет гипохлорита натрия) и окисление гипохлоритом и диоксидом хлора растворенного и активированного кавитационным факелом в воде двухвалентного железа, марганца, других металлов и органики до нерастворимого трехвалентного состояния. Если вода проточная и содержание вредоносных бактерий в исходной воде ниже 600КОЕ/100мл, кавитатор с насосом можно исключить из схемы, осуществляя обеззараживание и осветление гипохлоритом натрия в требуемом по содержанию органики в исходной воде количестве. После кавитатора вода поступает на спиральные фильтрующие элементы из подпружиненной нержавеющей проволоки с намывным слоем перлита, где вода отфильтровывается до частиц размером до 1-го микрона и поступает в напорный коллектор очищенной воды. Хлорагент готовится на месте. Установка УЭ ГПХН выдает гипохлорит с концентрацией 6-8%. Затем он поступает в емкость, где разбавляется ориентировочно в 10 раз до концентрации 0,6 – 0,8 %. Разбавленный раствор поступает на всас насоса или перед системой предварительной очистки (гидроциклон или дисковый фильтр), где происходит первичное смешение хлорагента с неочищенной водой. По мере накопления загрязнения на фильтрах (определяется по увеличению перепада давления на манометре) на фильтрах производится регенерация, для чего организуется поток воды обратных ходом в автоматическом режиме. Грязь и перлит сбрасываются из расширившихся под обратным давлением воды проволочных ячеек фильтров в дренаж.
Впервые в схему установок для обеззараживания и очистки воды включены три технологии, которые ранее применялись исключительно по отдельности. Основное обеззараживание происходит в проточном гидродинамическом кавитаторе, представляющим из себя сопло Лаваля, в котором вода под давлением 8-12атм разгоняется до сверхвысоких скоростей. После сопла внутри гидродинамической трубы находится один или несколько твердосплавных или стальных ножей высокой твердости и специальной заточки, расположенных под определенным углом, которые создают гомогенный кавитационный факел, уничтожающий до 90% бактерий. Параметры такого кавитатора исследованы и разработаны участником команды проекта Щучкиным А.С. Кавитатор является высокопроизводительным и не снижает производительность водоподающего насоса, в качестве которого используется насос высокого давления. В отличие от существующих аналогов, для окисления двухвалентного железа используется не кислород или озон, а гипохлорит натрия с хлорноватистой кислотой приготавливаемыми нами на месте в компактных электролизерах производительностью 30-140г гипохлорита на 1л. воды. Готовый раствор нужной концентрации в 0,6-0,8% готовится в баке объемом 1м3 и подается дозатором в нужном количестве на вход насоса и соответственно на вход кавитатора. Подача такого раствора на вход кавитатора позволяет кроме окисления железа и марганца до нерастворимого трехвалентного состояния, обеззаразить воду до нулевого содержания вредоносных колиформных (гнилостных) бактерий и снизить до нуля общее микробное число. Осветление воды, включая удаление трехвалентного железа и марганца, осуществляется в фильтрах на основе фильтрующего элемента (ФЭ), изображенного на рисунке 2.
ФЭ состоит из фильтрующей перегородки (1), крышки (2), штуцера (3), каркаса (4) и пружинки (5). Фильтрующая перегородка (1) выполняется из проволоки диаметром 0,6-0,8 мм. Фильтрующая перегородка может быть изготовлена с проходными фильтрующими зазорами от 7 до 100 микрон. Устройство работает следующим образом. Фильтруемая обеззараженная вода подается снаружи элемента. При этом фильтрующая перегородка (1), находящаяся в поджатом состоянии под воздействием упругого элемента (5), дополнительно сжимается давлением фильтруемого потока жидкости или газа. Твердые примеси остаются на наружной поверхности перегородки, а очищенный поток проходит внутрь элемента и далее через отверстие в штуцере покидает его. По окончании фильтрования проводят процесс регенерации ФЭ. С этой целью подачу жидкости снаружи прекращают, а затем внутри элемента через штуцер (3) подают небольшое количество чистой жидкости. Под воздействием обратного потока жидкости перегородка (1) растягивается, что приводит к увеличению фильтрующих зазоров в 2-3 раза и к разрушению слоя частиц твердой фазы на наружной поверхности фильтра. Кроме того, растяжение фильтрующей перегородки сопровождается сжатием упругого элемента (5). Противоборство сил упругости элемента (5) силам гидродинамического напора воды вызывает колебания витков фильтрующей перегородки (1), что также значительно облегчает ее регенерацию. Твердая фаза, накопившаяся на фильтрующих перегородках, при регенерации фильтрующих аппаратов может сбрасываться в дренаж. Благодаря особому свойству фильтрующего элемента, заключающемуся в том, что фильтрующее проходное сечение элемента во время регенерации увеличивается, а во время фильтрования возвращается к своему исходному состоянию, а также благодаря вибрации фильтрующей перегородки во время ее регенерации, в ФЭ достигается возможность полного восстановления фильтрующих свойств элементов после каждого цикла фильтрация-регенерация. Такого эффекта не удается добиться в стандартных намывных фильтрах при использовании фильтрующих элементов другого типа, выполненных из металлокерамики, тканей, картонов и других пористых материалов. Неизменность проходных сечений вышеперечисленных материалов приводит к не обратимому закупориванию их пор частицами твердой фазы, содержащимися в фильтруемой воде с последующей необходимостью ручной промывки под давлением, как при мембранной фильтрации. Исключительные регенерационные способности ФЭ позволяют эксплуатационному персоналу избавиться от постоянной необходимости очищать специальными дорогостоящими реагентами и заменять дорогостоящие импортные фильтрующие элементы (ФЭ). Немаловажным являются экологические преимущества: исключаются трудоемкие и порой опасные операции по замене и утилизации отслуживших свой срок фильтрующих элементов. Наш фильтрующий аппарат состоит из 6 до 400 ФЭ в зависимости от требуемой производительности. Аппарат представляет собой двухсекционную трубу с крышкой, днищем и фланцами. В верхней части трубы вставлен диск с резьбовыми отверстиями, в которые вкручиваются ФЭ. Намывка перлита осуществляется через патрубок в днище аппарата. Через фланцы с автоматическими шаровыми кранами обеспечивается прямая или обратная подача воды. На фильтрующие элементы намывается двух-трехмиллиметровый слой фильтровального перлита, который обеспечивает тонкость фильтрации до 1 мкм. Такая степень фильтрации гарантирует полное осветление воды, включая ее очистку от нерастворимых примесей металлов, включая железо и марганец. Суспензия перлита готовится в автоматическом режиме в баке с поддержанием взвеси при помощи мешалки. Дренаж с небольшим содержанием перлита сбрасывается в канализацию или собирается в бетонном колодце для отделения воды от осадка. Осадок - влажная смесь перлита с речной мутью не требует утилизации и реализуется для разрыхления почвы на приусадебных участках и в фермерских хозяйствах. Процесс полностью автоматизирован, в том числе постоянная подача суспензии перлита для предотвращения заиливания фильтрующих элементов.
Описываемая конструкция проверена на промышленном прототипе. Промышленный прототип изготовлен на производительность 1000м3/сутки в утепленном блок-боксе с насосом типа ЦНСГ . Испытания показали простоту и надежность конструкции, а анализ воды в независимой лабораториях подтвердил соответствие очищенной воды САНПИН на питьевую воду.
Проделанные исследования позволили начать полномасштабное использование результатов НИОКР в сельских поселениях Астраханской области. Полностью автоматизированная установка по описанной схеме работает для получения питьевой воды в поселке по выращиванию мальков осетровых рыб в Астраханской области. Использование разработанной установки позволяет получить экономический эффект не менее 4,0млн.руб. в год за счет существенного снижения эксплуатационных расходов до 2руб/м3 по сравнению с другими технологиями, использующими импортные мембраны или импортный кокосовый уголь.
Полученный Евразийский патент на изобретение отражает научно-технические преимущества в сравнении с лучшими аналогами по очистке и обеззараживанию воды за счет эффективности очистки и обеззараживания, компактности, низкой цены, простоты обслуживания.