Типовая схема комплекса водоподготовки

В своей повседневной жизни мы используем либо водопроводную воду (как правило, поступающую из наземных водохранилищ через сеть муниципальных водоочистных сооружений), либо воду из индивидуальных источников водоснабжения – колодца или скважины. К сожалению, такая вода, зачастую не соответствует всем действующим нормативам. В настоящее время существует целый ряд устройств, позволяющих решать практически любые проблемы с водой. С некоторой долей условности их можно назвать фильтрами. Фильтры могут быть классифицированы по своему применению, то есть в зависимости от тех конкретных проблем с водой, для устранения которых они предназначены. При этом фильтры одного класса могут отличаться друг от друга как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. К числу наиболее часто встречающихся проблем с водой, требующих решения с помощью фильтров можно отнести:

• Наличие нерастворенных механических примесей;
• Растворенные в воде железо и марганец;
• Жесткость;
• Наличие привкуса, запаха, цветности;
• Бактериологическая загрязненность.

  1. Кран шаровый
  2. Фильтр предварительной очистки
  3. Компрессор
  4. Оксидационная емкость
  5. Фильтр обезжелезиватель
  6. Ёмкость для реагента
  7. Фильтр умягчитель
  8. Фильтр угольный
  9. Фильтр тонкой механической очистки
  10. Ультрафиолет
  11. Кран шаровый для взятия проб
  12. Датчик протока

Предназначены для удаления из воды механических частиц, песка, взвесей, ржавчины,а также коллоидных веществ. Для удаления относительно крупных частиц (свыше 20-50 микрон) применяют сетчатые или дисковые фильтры грубой очистки. Их недостатком является сравнительно низкая грязеемкость. Поэтому при сильном загрязнении воды или большой производительности они требуют частой промывки, что нетехнологично. В этих случаях целесообразно применение автоматизированных систем засыпного типа. В качестве фильтрующей среды применяют в основном обезвоженный алюмосиликат, обеспечивающий фильтрацию частиц от 20 микрон. Для более тонкой очистки применяют засыпку из специальной керамики.

Фильтры-обезжелезиватели

Фильтры этого класса предназначены главным образом для удаления из воды железа и марганца, находящихся в растворенном состоянии. В качестве фильтрующей среды используются различные природные вещества, включающие в свой состав двуокись марганца (Birm, Greensand и т . п .). Двуокись марганца служит катализатором реакции окисления, при которой растворенные в воде железо и/или марганец переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок, который задерживается в слое фильтрующей среды и в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке. В процессе окисления железа и марганца некоторые фильтры также эффективно удаляют растворенный в воде сероводород. Некоторые из фильтрующих сред требуют регенерации перманганатом калия. При больших концентрациях железа и/или марганца применяют специальные методики, способствующие их более интенсивному окислению.

Фильтры-умягчители

Обширный класс устройств, предназначенных для снижения жесткости воды. Благодаря применению специальных засыпок фильтры этого типа могут обладать комплексным действием и способны также удалять из воды определенные количества железа, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых металлов, органических соединений. Фильтры этого типа требуют регенерации солевым раствором и поэтому снабжены специальным баком для приготовления регенерирующего раствора (солевой бак).

Угольные фильтры

Активированный уголь уже давно применяется в водоочистке для улучшения органолептических показателей качества воды (устранения постороннего привкуса, запаха, цветности). Благодаря своей высокой адсорбционной способности, активированный уголь эффективно поглощают остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения. Однако, так как накапливающаяся органика трудно выводится из угля при обратной промывке, возможен залповый сброс загрязнений в выходную линию. Для предотвращения этого явления засыпка из активированного угля требует периодической замены. В настоящее время для увеличения ресурса работы применяют активированный уголь из скорлупы кокоса, адсорбционная способность которого в 4 раза выше, чем угля, получаемого традиционными методами (например, из древесины березы). Для борьбы с биологическим зарастанием применяют также специальные угли с бактериостатическими присадками.

Фильтры-нейтрализаторы кислотности

Фильтры данного типа предназначены для повышения уровня pH . Кислые воды обладают высокой коррозионной активностью к металлам. Для понижения кислотности воды применяют специальные засыпки, которые взаимодействуя с кислотами содержащимися воде нейтрализуют их. В качестве засыпки обычно применяют Calcite (карбонат кальция) и оксид магния.

Ультрафиолетовые стерилизаторы

Наиболее распространенным методом борьбы с бактериологическим загрязнением (наличием в воде микробов и бактерий) является облучение воды ультрафиолетом. При этом параметры излучения подобраны таким образом, что гарантируют почти полную стерилизацию воды. В качестве стерилизаторов этого типа широко применяются специальные ультрафиолетовые лампы, смонтированные в жестком корпусе, внутри которого протекает вода, подвергаясь воздействию ультрафиолетового излучения.

Системы подготовки питьевой воды

Наиболее прогрессивными системами подготовки питьевой воды в настоящее время являются обратноосмотические системы. Вода, получаемая с помощью таких установок обладает прекрасными вкусовыми качествами и по своим свойствам близка к талой ледниковой воде. Ключевая компонента такой системы – полупроницаемая мембрана, от качества и материала которой зависит степень очистки воды, достигающая 98-99%. Для обеспечения нормальной работоспособности, система комплектуется предварительными картриджными фильтрами, насосом и т.д. в зависимости от параметров исходной воды. Устанавливаются такие системы, как правило, на кухне и используются только для получения воды, расходуемой на пищевые цели.

Устройство засыпных фильтров

Фильтры засыпного типа – это именно те водоочистные устройства (как правило, автоматические), которые применяются для коттеджей, коммерческих и производственных целей. Т.е. там, где нужна пиковая потребная производительность от 0,7-1 м3/час (это, приблизительно, один полностью открытый или два приоткрытых крана) и выше, а режим разбора воды предполагает довольно существенные нагрузки на фильтр. Все фильтры для очистки воды засыпного типа, независимо от компании производителя и своего предназначения, принципиально устроены практически одинаково. Такой фильтр состоит из следующих основных составляющих


1.Корпус

Корпус (1) фильтра изготавливается, как правило, из стеклопластика, иногда из нержавеющей стали. За рубежом «нержавейка» считается дорогим и тяжелым материалом и применяется в основном в специальных случаях (например, медицина). По форме корпус представляет собой полый цилиндр с куполообразными верхом и дном. Такая форма обеспечивает оптимальные гидравлические характеристики работы фильтра. Для устойчивости в нижней части используется специальное кольцевое основание. В верхней части корпуса прорезается горловина, через которую осуществляется сборка и засыпка фильтра. В корпусах большого размера подобная горловина делается и снизу, чтобы облегчить сборку и ремонт фильтра. При эксплуатации нижняя горловина закрывается специальной заглушкой. В корпусе фильтра в разных местах могут прорезаться и другие технологические отверстия (например, специально для засыпки фильтрующей среды).

2. Блок управления

Блок управления (БУ) фильтром (2) представляет собой многоходовой клапан (отсюда и английский термин – valve и часто употребляемый в России, хотя и не совсем корректный, термин «управляющий клапан») с соответствующим приводом (электромеханическим, гидравлическим или др.) и необходимой автоматикой (возможен вариант исполнения с ручным управлением).Назначение БУ – это своевременная инициализация процесса регенерации (восстановления фильтрующей способности) фильтра и осуществление последовательного переключения потоков воды внутри фильтра в соответствии с заданной программой. Блок управления всегда имеет внешний порт для подсоединения линии неочищенной воды, внешний выходной порт, в который подается уже обработанная вода и внешний дренажный порт для периодического сброса накопленных загрязнений. Так устроены, например, блоки управления, предназначенные для установки на фильтрах без химической регенерации. Несколько сложнее устройство БУ, применяемых в фильтрах с химической регенерацией и имеющих дополнительный внешний порт для подачи регенерирующего раствора. В этом случае в комплект засыпного фильтра входит также бак для приготовления и хранения регенерирующего раствора. В зависимости от типа устройства, выдающего сигнал на начало регенерации, БУ делят на два основных типа. Первый – это БУ с регенерацией по времени . В состав такого блока входит таймер (электронный или электромеханический), который через определенные промежутки времени выдает сигнал на начало регенерации. Такие блоки чаще применяются в фильтрах без химической регенерации. Второй – это БУ с регенерацией по расходу . В состав такого блока входит расходомер (счетчик воды), который выдает сигнал на регенерацию после прохождения через фильтр определенного объема воды. Такие блоки на практике чаще применяются в фильтрах с химической регенерацией. Гораздо реже встречаются БУ с регенерацией по параметру качества воды . В состав такого блока входит один или несколько датчиков. Их назначение –измерять один или несколько параметров воды на выходе системы и выдавать сигнал на регенерацию тогда, когда параметры очищенной воды перестают удовлетворять заданным требованиям (например, увеличивается жесткость). Часто работой датчиков управляет микропроцессор. Понятно, что такие системы дороги и применяются практически только на крупных промышленных объектах. Как правило, блок управления устанавливается на верхней горловине корпуса фильтра (как на рисунке). Такая компоновка называется «верхней» –от английского Top Mount. В промышленных фильтрах большого размера нередко применяется компоновка Side-Mount, когда БУ устанавливается сбоку от фильтра. Для реализации функции переключения потоков внутри фильтра БУ связан с уже упоминавшейся распределительной системой, в состав которой, в свою очередь, входят:

3. Водоподъемная труба

Центральный стояк (3) представляет собой трубу (как правило, пластиковую), устанавливаемую вертикально по центру корпуса фильтра. Ее верхний конец (здесь речь идет о фильтрах с верхней компоновкой) соединен с блоком управления, а на втором – закреплен нижний распределитель, называемый часто дистрибьютором (от английского distributor).

4. Нижний распределитель

В сравнительно небольших фильтрах нижний распределитель (bottom distributor) (4) представляет собой некий пластиковый «набалдашник» с множеством тончайших калиброванных щелей (на рисунке щели изображены нарочито широкими). Как правило, их толщина составляет сотни микрон. Предназначение нижнего распределителя – распределять поток воды, поступающий по центральному стояку равномерно во всех радиальных направлениях или, наоборот, «собирать» со всех направлений воду, двигающуюся внутри фильтра вниз и подавать ее через центральный стояк к блоку управления (2). Это делается для того, чтобы максимально задействовать весь имеющийся объем фильтра (чтобы в нем не образовывались «мертвые зоны»). В фильтрах большего размера, описанного выше и показанного на рисунке, дистрибьютора становится недостаточно и тогда применяют лучевые (их еще называют латеральными – от английского lateral - «боковой») дистрибьюторы. Для защиты нижнего распределителя, он всегда закрывается слоем специальной засыпки, называемой «гравийной подложкой».

5. Гравийная подложка

Из названия видно, что для создания подложки (5) используется специальный очищенный, промытый и тщательно отсортированный по гранулометрическому составу гравий. Благодаря однородному размеру, гравийная подложка (5) «помогает» нижнему распределителю (4) в его работе, т.е. в равномерном распределении потока воды по всему поперечному сечению фильтра.

6. Фильтрующая среда

Если блок управления, корпус, распределительную систему, подложку можно сравнить с «телом» фильтра (оно устроено у всех более-менее одинаково), то фильтрующая среда (6) – это, несомненно, его «душа», определяющая индивидуальность каждого фильтра засыпного типа. Именно от того, какая в фильтре используется фильтрующая среда и будет зависеть его работа, т.е. то, какой круг задач способен решать такой фильтр, на какой воде он может работать, а на какой нет, какой тип регенерации (химический или безреагентный) должен быть использован и т.п. Именно в области используемых фильтрующих сред и находятся большинство «ноу-хау», используемых компаниями, работающими в области водоподготовки. Выбор типа засыпки – задача сама по себе не простая, зависящая от ряда факторов и, прежде всего, от результатов исследования исходной воды, т.е. от ее параметров и целей, которые необходимо достигнуть. Однако правильный выбор засыпки – это еще полдела. Надо еще правильно подобрать ее количество в зависимости от потребной производительности фильтра, его габаритов, типа регенерации и физико-химических свойств самой фильтрующей среды. Достигается это грамотным «расчетом» фильтра. При расчете учитываются и скорости прохождения воды через фильтр в разных режимах, и необходимая минимальная высота слоя засыпки, и «расширение» объема фильтрующей среды, которое необходимо обеспечить при обратной промывке, и целый ряд других параметров. В зависимости от результатов расчета подбирается количество засыпки для каждого типоразмера фильтра и соответствующим образом настраивается блок управления фильтром. Необходимо заметить также, что засыпка может быть как однокомпонентной, т.е. состоящей из одного типа фильтрующей среды, так и двух- и многокомпонентной, состоящая из нескольких типов фильтрующих сред. При этом сами фильтрующие среды в многокомпонентной засыпке могут быть перемешанными между собой, либо располагаться слоями. Применяются и комбинации смешанных и многослойных засыпок. Надо ли говорить, что разработка, подбор и расчет фильтров с многокомпонентными многослойными засыпками является «высшим пилотажем водоподготовки » , так как для эффективной работы такого фильтра необходимо не только определить «совместимые » между собой засыпки, но и подобрать оптимальные количественные соотношения и оптимальные режимы эксплуатации. Математическая модель такого расчета – это решение системы уравнений с множеством переменных.