УСТАНОВКА ВОДОПОДГОТОВКИ С ОБРАТНЫМ ОСМОСОМ
REVERSE OSMOSIS WATER TREATMENT PLANT

Установка водоподготовки с обратным осмосом относится к области многоступенчатой очистки воды с автоматизированной системой управления, предназначена для обеспечения населения чистой питьевой водой на отдельных территориальных участках, в частности в жилых многоэтажных домах, и может быть использована в торговых центрах, различных производственных помещениях, больницах, аптеках и т.п., широкий диапазон регулирования параметров водоподготовки позволяет ее использовать также в промышленных, фармакологических и иных целях.
Известна установка по патенту RU №46498, МПК C02F 9/00, бюл. №13 от 10.07.2005, содержащая сорбционно-каталитический фильтр, углесорбционный фильтр, картриджные фильтры, блок ультрафиолетового облучения, бак чистой воды, обратноосмотический блок, снабженный байпасной линией, после которого установлен шунгитовый фильтр, заполненный механической смесью дробленого шунгита и активного угля, модифицированного серебром в соотношении один к одному.
К недостаткам данной установки можно отнести отсутствие автоматизированной системы управления, задающей оптимальный режим работы обратноосмотического блока и обеспечивающей контроль и поддержание постоянного качества доочистки питьевой воды, а также недостаточно эффективное использование обратноосмотических мембран, из-за отсутствия системы снижения их засаливаемости.
Известно устройство по патенту RU №57141, МПК B01D 27/00, Бюл. №28 от 10.10.2006, которое имеет фильтры грубой и тонкой очистки, блок минерализации очищенной и обеззараженной воды, камеры электролизера с серебряными электродами и систему автоматического поддержания требуемой концентрации ионов серебра в питьевой воде при заданном секундном расходе воды, включающую расходомер секундного расхода воды.
Недостатком данного устройства является то, что его применение ограничено, поскольку степень очистки в нем в большинстве случаев недостаточна для очистки водопроводной питьевой воды, при этом автоматизированы только функции поддержания требуемой концентрации ионов серебра и уровня минерализации очищенной и обеззараженной воды, отсутствует обратноосмотический фильтр с автоматизацией режимов его работы. Введение дополнительной предварительной очистки, например, с применением мембранных технологий, делает избыточным применение в данном устройстве, по крайней мере, фильтра грубой очистки.
Известна установка обратного осмоса, патент RU №2317138, МПК B01D 61/08, Бюл. №5 от 20.02.2008, в которой предусматривается частичная рециркуляция пермеата, что обеспечивает уменьшение засаливания мембран обратного осмоса. Также посредством частичной рециркуляции пермеата может устанавливаться затребованное конечными пользователями количество пермеата, что позволяет отказаться от промежуточной накопительной емкости. Эта установка принята за прототип.
Недостатком данной установки является то, что:
- для обеспечения потока пермеата, достаточного для конечных пользователей, необходимо применение высокопроизводительных мембран обратного осмоса или увеличение их количества и применение высоконапорного насоса с большой производительностью, что влечет за собой значительное увеличение стоимости устройства;
- примененные в данной установке технические решения по уменьшению засаливания мембран обратного осмоса и, следовательно, продлению срока их эксплуатации недостаточно эффективны, нет возможности их промывки,
- набор средств контроля количества и качества пропускаемой воды в данной установке не полностью обеспечивает необходимые параметры качества и количества выдаваемого пермеата и не позволяет проводить дистанционный мониторинг работы установки.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в том, чтобы при неравномерном разборе пермеата, что происходит при подготовке питьевой воды, особенно при разборе ее более чем одним потребителем, обеспечить наиболее экономичное ее производство, расширить функциональные возможности установки водоподготовки с обратным осмосом, с целью получения воды с пролонгированными бактерицидными свойствами, обеспечить более эффективную работу обратноосмотических мембран с увеличением срока их работы до замены или регенерации, при обеспечении постоянного автоматизированного контроля качества очистки воды и управления установкой водоподготовки с возможностью задания и поддержания параметров очистки и расхода воды в широком диапазоне с учетом качества исходной воды, в том числе дистанционно.
Сущность решения технической задачи состоит в том, что установка водоподготовки с обратным осмосом, содержащая ввод исходной воды, входной расходомер, датчик электропроводимости исходной воды, блок предварительной фильтрации, повысительный насос, обратноосмотический блок, датчик электропроводимости пермеата, расходомер пермеата, накопительный резервуар с датчиком уровня жидкости, магистральный насос, блок постфильтра, ультрафиолетовый стерилизатор и контроллер управления установкой, при неравномерном разборе требуемого количества пермеата с заданным качеством очистки обеспечивает более эффективную эксплуатацию мембран обратного осмоса, не требуя применения высокопроизводительных мембран обратного осмоса и высоконапорного насоса с большой производительностью, стоимость которых значительно превосходит стоимость накопительного резервуара и системы последующей стерилизации воды.
Эффективность использования мембран обратного осмоса и увеличение срока их службы до замены или регенерации обеспечивается применением:
- трубопровода рециркуляции пермеата, оснащенного регулировочным вентилем с электроприводом, которые позволяют не только снизить засаливание мембран за счет частичного повторного потока пермеата через мембраны, но и обеспечить получение пермеата с высокой степенью очистки с учетом качества исходной воды;
- блока магнитной обработки воды, установленного непосредственно перед обратноосмотическим блоком, снижающего выпадение карбоната и сульфата кальция, гидроксида магния и силикатов кальция на мембранах и стимулирующего их вывод в составе концентрата в дренаж;
- электромагнитного клапана импульсной промывки обратноосмотического блока, подключенного к контроллеру управления установкой, позволяющего проводить технологическую промывку мембран посредством эффекта гидроудара, что в сочетании с возвратным потоком пермеата, поступающего через трубопровод рециркуляции, значительно повышает эффективность промывки.
Трубопровод рециркуляции концентрата, оснащенного регулировочным вентилем с электроприводом, позволяет при достаточном качестве исходной воды обеспечить повышенный выход пермеата до 85-95%.
Электролизер с серебряными электродами, подключенный к контроллеру управления установкой, обеспечивает автоматическое поддержание требуемой концентрации ионов серебра в пермеате, придавая ему пролонгированные бактерицидные свойства, что позволяет предотвратить микробиологическое заражение в накопительном резервуаре и в подключаемой к установке водоподготовки с обратным осмосом системе раздачи питьевой воды конечным потребителям. Установленный после магистрального насоса, и включаемый контроллером управления установкой, ультрафиолетовый стерилизатор стерилизует пермеат, находившийся в накопительном резервуаре, при этом он дополняет и усиливает бактерицидные свойства коллоидного серебра, введенного в пермеат в электролизере с серебряными электродами.
Поскольку для разных типов обратноосмотических мембран при изменении температуры фильтруемой воды в диапазоне 10-25°С их производительность может изменяться на 20-50%, применение датчика давления, дополненного датчиком температуры воды, проходящей через обратноосмотический блок, обеспечивает объективный контроль режимов его работы. Проточные датчики электропроводимости исходной воды и пермеата позволяют постоянно анализировать качество исходной и очищенной воды и следить за работой установки, в том числе управлять системой импульсной промывки мембран обратного осмоса. Электронные расходомеры исходной воды, пермеата и концентрата со скважностью импульсов 1 имп./10 мл обеспечивают точный постоянный учет потока воды во всех узлах установки водоподготовки с обратным осмосом, в том числе и вычисляемые значения для рециркуляции пермеата и концентрата. Данный набор контрольно-измерительных приборов является минимально необходимым и в то же время достаточным для обеспечения настройки установки, постоянного автоматизированного контроля качества очистки воды и управления установкой водоподготовки с возможностью задания и поддержания параметров очистки и расхода воды в широком диапазоне с учетом качества исходной воды, которые осуществляет контроллер управления установкой. А подключение контроллера через GPRS или ETHERNET для связи с системой более высокого уровня позволяет осуществлять дистанционный мониторинг и управление установкой водоподготовки с обратным осмосом.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно содержит новые узлы со своими связями, позволяющими повысить качество обработанной воды и экономичность установки водоподготовки. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".
При проведении дополнительного поиска известных решений не были выявлены признаки, в совокупности совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемой установки водоподготовки. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Предлагаемая установка водоподготовки с обратным осмосом показана на чертежах (фиг.1, 2, 3), фиг.1 - общая структурная схема установки водоподготовки с обратным осмосом; фиг.2 - структурная схема обратноосмотического блока при параллельном подключении фильтрующих элементов; фиг.3 - структурная схема обратноосмотического блока при параллельно-последовательном подключении фильтрующих элементов, где обозначены:
1 - ввод исходной воды;
2 - входной расходомер;
3 - электромагнитный клапан;
4 - датчик электропроводимости исходной воды;
5 - блок предварительной фильтрации;
6 - рециркуляция концентрата;
7 - рециркуляция пермеата;
8 - повысительный насос;
9 - вентиль с электроприводом регулировки рециркуляции пермеата;
10 - блок магнитной обработки воды;
11 - обратноосмотический блок;
11.1, 11.2, 11.3 - обратноосмотические фильтрующие элементы;
12 - расходомер пермеата;
13 - электролизер с серебряными электродами;
14 - датчик электропроводимости пермеата;
15 - вентиль с электроприводом регулировки рециркуляции концентрата;
16 - блок датчиков давления и температуры;
17 - электромагнитный клапан импульсной промывки обратноосмотического блока;
18 - датчик уровня жидкости в накопительном резервуаре;
19 - накопительный резервуар;
20 - технологический вентиль выпуска жидкости из накопительного резервуара;
21 - расходомер концентрата;
22 - регулировочный вентиль с электроприводом;
23 - магистральный насос;
24 - блок постфильтра;
25 - ультрафиолетовый стерилизатор;
26 - вывод пермеата;
27 - вывод концентрата в дренаж;
28 - контроллер управления установкой;
29 - подключение через GPRS или ETHERNET для связи с системой более высокого уровня.
Установка водоподготовки с обратным осмосом, показанная на общей структурной схеме (фиг.1), работает следующим образом. Вода из системы водоснабжения через ввод исходной воды 1 поступает на входной расходомер 2, далее через электромагнитный клапан 3, выполняющий функцию отключения исходной воды при техническом обслуживании и в аварийных ситуациях, поступает в блок предварительной фильтрации 5, который включает в себя набор фильтров, специально подобранных в зависимости от химсостава исходной воды, в частности: фильтр грубой очистки, угольный сорбционный фильтр, фильтр тонкой очистки. Между электромагнитным клапаном 3 и блоком предварительной фильтрации 5 подключен датчик электропроводимости исходной воды 4, позволяющий анализировать качество исходной воды. После предварительной фильтрации вода поступает в повысительный насос 8, который создает необходимое давление жидкости в обратноосмотическом блоке 11, измеряемое датчиком давления 16 на выводе концентрата обратноосмотического блока 11. Между повысительным насосом 8 и обратноосмотическим блоком 11 последовательно включен блок магнитной обработки воды 10, уменьшающий засорение мембран обратноосмотического блока 11. Далее очищенная вода (пермеат), проанализированная датчиком электропроводимости пермеата 14, через расходомер пермеата 12 поступает в электролизер с серебряными электродами 13, обеспечивающий необходимую концентрацию ионов серебра в пермеате, который собирается в накопительном резервуаре 19. Контроль наполнения накопительного резервуара 19 осуществляется датчиком уровня жидкости 18. Разбор пермеата из накопительного резервуара 19 осуществляется через последовательно включенные магистральный насос 23, блок постфильтра 24 и ультрафиолетовый стерилизатор 25. Магистральный насос 23 обеспечивает необходимое давление в системе раздачи пермеата. Он оснащен защитой от «сухого хода», обратным клапаном, технологическим клапаном слива воды из системы раздачи. Блок постфильтра 29 предназначен для конечной фильтрации воды. Его фильтрующий элемент предпочтительно изготавливается из кокосового угля. Также он может быть дополнен картриджем или дозатором минерализации воды. Ультрафиолетовый стерилизатор 25 стерилизует пермеат, находившийся в накопительном резервуаре 19, при этом он дополняет и усиливает бактерицидные свойства коллоидного серебра, введенного в пермеат в электролизере с серебряными электродами 13. Режим фильтрации воды обратноосмотическим блоком 11 устанавливается регулировочным вентилем с электроприводом 22, который ограничивает поток концентрата через вывод концентрата в дренаж 27, задавая тем самым требуемое процентное соотношение пермеата к концентрату. Контроль объема выводимого концентрата из установки осуществляет расходомер концентрата 21, включенный последовательно между выводом концентрата обратноосмотического блока 11 и регулировочным вентилем с электроприводом 22. Электромагнитный клапан импульсной промывки обратноосмотического блока 17 обеспечивает периодическую технологическую промывку обратноосмотического блока 11. Организация рециркуляции концентрата 6, поток которого устанавливается регулировочным вентилем с электроприводом 15, позволяет увеличить процент выхода пермеата. Организация рециркуляции пермеата 7, поток которого устанавливается регулировочным вентилем с электроприводом 9, позволяет увеличить степень очистки пермеата и уменьшить засорение мембран обратного осмоса. Контроллер управления установкой 28 осуществляет постоянную обработку данных, поступающих от всех датчиков 4, 14, 16, 18 и расходомеров 2, 12, 21, и оперативно управляет всеми исполнительными устройствами 3, 8, 9, 13, 15, 17, 22, 23, 25, а его подключение через GPRS или ETHERNET для связи с системой более высокого уровня 29 позволяет осуществлять постоянный мониторинг качества выдаваемого пермеата и режимов работы установки водоподготовки с обратным осмосом и осуществлять оперативное управление ею. При применении в обратноосмотическом блоке 11 двух фильтрующих элементов 11.1, 11.2 (см. фиг.2) они объединяются параллельно. При применении в обратноосмотическом блоке 11 (см. фиг.1) трех и более, но кратно трем, фильтрующих элементов 11.1, 11.2, 11.3 (см. фиг.3) они объединяются параллельно-последовательно, при этом если фильтрующих элементов больше трех, то блоки фильтрующих элементов, собранных по схеме, показанной на фиг.3, объединяются по схеме, показанной на фиг.2.
Совокупность решений, определяемых изобретением, не только расширяет функциональные возможности установки водоподготовки с обратным осмосом и обеспечивает повышение качества очистки воды на ряду с предоставлением возможности пролонгации ее бактерицидных свойств, но и за счет меньшей удельной стоимости получаемого пермеата определяет более высокие экономические показатели предлагаемой установки.