УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER PURIFICATION PLANT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к установкам очистки подаваемой самотеком воды, которые обеспечивают получение очищенной питьевой воды высшего качества. Установка очистки воды обеспечивает высокий выход питьевой воды в течение длительного времени, гарантируя при этом удаление вредных примесей,
Уровень техники
Огромное количество людей живет в тех странах, где действуют строгие требования к качеству питьевой воды. Люди напрямую зависят от источников воды в земле, таких как скважины, пруды и реки. Часто эти источники загрязнены сточными водами, промышленными отходами и сельскохозяйственными химикатами, такими как пестициды.
Известны фильтры подаваемой самотеком воды для домашнего применения, подобные фильтрам в форме графина, в которых вода попадает в фильтр через ряд малых отверстий в широкой крышке фильтра, имеющей трапецеидальную форму, и проходит через фильтр в нижнюю более узкую часть через поры вложенных абсорбентов. Такие фильтры имеют присущее им ограничение потока воды на выходе, поскольку вода должна пройти через большой набор абсорбирующих элементов, и зачастую уже после прохождения небольшого количества воды поток воды ослабевает. Более того, такие фильтры неэффективно отделяют от воды вредные патогенные частицы.
В патенте WO 9529878 (Recovery Engineering Inc., 1995) описана установка очистки воды, имеющая дезинфицирующий блок, состоящий из йодированной смолы и активированного угля. Недостатком этого фильтра является высокая стоимость йодированной смолы. Кроме того, присутствие в воде частиц йода может быть вредным для некоторых людей.
Следовательно, имеется потребность в создании улучшенных установок очистки воды, которые недороги в использовании и существенно более эффективны в получении полезной питьевой воды требуемого количества, в то же время гарантирующие удаление всех вредных примесей, включая твердые частицы и растворенные в воде вещества, такие как вредные ароматические вещества, пестициды и другие органические вещества, а также вредные микроорганизмы, подобные спорам, бактериям и вирусам. Очень важным также является требование перед употреблением воды удалить из нее все биоциды, которые применяют для уничтожения патогенных микроорганизмов. Важным также является то, чтобы установка давала бы требуемый выход очищенной питьевой воды в течение очень длительного периода времени из камеры для самотека, имеющей высоту в несколько сантиметров. Кроме этого, установка очистки воды не должна требовать частых смены фильтра, замены частей или технического обслуживания. Известные установки не отвечают всем этим требованиям.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание установки очистки подаваемой самотеком воды, которая дает очищенную питьевую воду с высоким выходом воды около 100-200 мл в минуту в течение длительного времени, в которой выход существенно не зависит от потока воды на входе.
Другой задачей настоящего изобретения является создание установки очистки подаваемой самотеком воды, которая дает очищенную питьевую воду, свободную от вредных примесей, включая твердые частицы и растворенные в воде вещества, такие как вредные ароматические вещества, пестициды и другие органические вещества, а также вредные патогенные микроорганизмы, подобные спорам, бактериям и вирусам.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание установки очистки подаваемой самотеком воды, которая для работы не требует подачи внешней энергии, в частности электрической энергии.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание установки очистки подаваемой самотеком воды, которая в эксплуатации не требует замены дорогостоящих элементов и, следовательно, имеет низкую стоимость эксплуатации.
Итак, предметом настоящего изобретения является установка очистки подаваемой самотеком воды, содержащая фильтр, служащий для отделения от воды твердых и растворимых соединений, который связан с химическим распределительным блоком, при этом управление потоком воды, проходящей через фильтр, производят с помощью устройства управления потоком до тех пор, пока вода не вступит в контакт с биоцидом, подаваемым из химического распределительного блока, после чего вода попадает в отстойную камеру на заданный период времени до тех пор, пока она не выйдет из установки очистки воды через блок нейтрализации, служащий для выделения имеющегося в воде биоцида из воды на выходе установки.
Предметом настоящего изобретения является установка очистки поступающей самотеком воды, содержащая:
- фильтр, служащий для отделения твердых и растворимых примесей от поступающей воды, который связан с
- химическим распределительным блоком, при этом управление потоком воды, проходящей через фильтр, до того момента, пока вода не вступит в соприкосновение с биоцидом, подаваемым из химического распределительного блока, производят с помощью
- устройства управления потоком, после чего вода попадает в отстойную камеру на заданный период времени до того момента, когда вода выйдет из установки очистки воды через
- блок нейтрализации, служащий для выделения имеющегося в воде биоцида из воды на выходе установки.
Желательно, чтобы устройство управления потоком содержало заданных размеров камеру контроля потока, служащую для выпуска заданного количества воды и имеющую, по крайней мере, одно впускное отверстие для подачи воды из выпускного отверстия упомянутого фильтра в камеру и, по крайней мере, один сифон, соединенный с упомянутой камерой контроля потока и служащий для контроля потока воды из упомянутой камеры.
Фильтр в предпочтительном варианте содержит фильтрующее вещество углеродного блока. Фильтрующее вещество углеродного блока состоит из порошка активированного угля (РАС) и связующего вещества, которые перемешивают, помещают под давлением в блок и подвергают термообработке. РАС получают из каменного угля, скорлупы кокосового ореха, древесного угля или нефтяного пека. Желательно, чтобы используемый порошок активированного угля имел бы коэффициент неоднородности частиц по размеру менее 2, или более предпочтительно, чтобы этот коэффициент был бы менее 1,5, а количество тетрахлорида углерода превышало бы 50%, более желательно 60%.
Подходящее фильтрующее вещество углеродного блока описано в патенте GB 2390987, более подходящее - в заявке 320/MUM/2004. В заявке описано фильтрующее вещество углеродного блока, применяемое в фильтрах с самотеком и состоящее из порошка активированного угля (РАС), имеющего частицы таких размеров, что 95% частиц по весу проходят через отверстия в 50 меш и не более 12% проходят через отверстия в 200 меш, и связующего материала, имеющего скорость течения расплава (MFR) менее 5. Другое предпочтительное фильтрующее вещество углеродного блока имеет от 55 до 80% по весу частиц порошка активированного угля размером от 100 до 200 меш в нижней половине объема углеродного блока.
С помощью упомянутого выше фильтра можно обеспечить с водяного напора 75 мм поток воды самотеком величиной 100-300 мл/мин в течение длительного времени без необходимости предварительного отделения частиц загрязнений от химических примесей.
Данный фильтр может быть использован наравне с другими известными фильтрами, такими как осадочные фильтры, предпочтительно, промываемые/ заменяемые осадочные фильтры, служащие для удаления тонких частиц загрязнений и других микрочастиц. Осадочный фильтр может быть нетканым, предпочтительно из микропористой ткани с порами такого размера, который позволяет удерживать частицы размером 3 мкм и больше. Наиболее предпочтительно, чтобы вода сначала проходила осадочный фильтр до того, как она пройдет фильтрующее вещество углеродного блока.
Установка очистки подаваемой самотеком воды согласно настоящему изобретению содержит устройство управления потоком, которое регулирует поток воды на выходе фильтра. Регулирование потока воды в предпочтительном варианте осуществляется без подачи на вход установки внешней энергии, например электрической энергии. Устройство управления потоком может содержать дроссельные заслонки, такие как запорные краны, вентили, конические фурмы или перегородки. Более предпочтительно использовать устройство управления, описанное в заявке 927/MUM/2002 и содержащее комбинацию прямого канала и, по крайней мере, одного изгиба. Особенно удобными устройствами контроля для установки по настоящему изобретению являются устройства, описанные в патенте WO 2004/074182. Эти устройства контроля содержат контрольную камеру заданных размеров для выпуска требуемого количества воды, имеющую, по крайней мере, одно впускное отверстие для подачи всего потока воды из выпускного отверстия упомянутого фильтра в камеру, и, по крайней мере, один сифон, присоединенный к упомянутой контрольной камере для управления потоком воды из упомянутой камеры.
Величину потока воды, как описано в вышеупомянутой заявке, можно регулировать в значительных пределах за счет подбора размеров контрольной камеры и выбора конструкции сифона в виде трубы с заданным диаметром и заданной формой, предпочтительно, в виде обратной «U/V», что позволит облегчить управление потоком воды. Использование этого предпочтительного варианта устройства управления потоком гарантирует отличное регулирование потока воды независимо от величины потока воды на выходе фильтра.
Вода на выходе устройства управления потоком входит в соприкосновение с биоцидом, подаваемым из химического распределительного блока. В предпочтительном варианте химический распределительный блок выделяет биоцид без использования внешней энергии, такой как электрическая энергия. Можно так направить поток воды через химический распределительный блок, чтобы доставить в воду биоцид требуемой концентрации. Биоцид в химическом распределительном блоке может находиться в жидком виде или может быть распределен в воде в контролируемом количестве. Желательно, чтобы биоцид был бы представлен в твердой форме и выделялся бы в воду в контролируемом количестве при соприкосновении воды с твердыми частицами. Более желательно, чтобы твердые частицы были в форме одной или более таблеток. Когда имеется более одной таблетки, тогда желательно, чтобы химический распределительный блок имел бы трубчатую форму, в которую таблетки помещают стопкой, одна над другой. Таблетка выделяет в воду биоцид известным способом, для достижения этого могут быть использованы любые иные устройства. Желательно, чтобы химический распределительный блок согласно настоящему изобретению мог бы иметь систему санитарной обработки, описанную в нашей находящейся на рассмотрении заявке 926/MUM/2002. Желательно, чтобы в ходе выщелачивания таблетка медленно растворялась и следующая таблетка приходила бы в соприкосновение с водой, когда предыдущая таблетка растворится.
Система химической санитарной обработки, описанная в упомянутой выше заявке, включает блок санитарной обработки, который содержит химические реагенты и имеет на дне отверстие, средство для подачи воды, подлежащей санитарной обработке, которое имеет крышку в виде сопла, расположенную на дне упомянутого блока рядом с упомянутым отверстием и по направлению к нему, а упомянутая крышка в форме сопла имеет наружную поверхность в виде конуса с заданным углом, за счет чего создается хороший постоянный контакт с водой, при этом упомянутый активный реагент доставляется в зону соприкосновения с протекающим через упомянутое отверстие потоком воды.
Химический распределительный блок в предпочтительном варианте имеет цилиндрическую форму с поперечным сечением, позволяющим разместить на диске с отверстиями или нетканым материалом стопку таблеток, одна над другой. По центру под держателем биоцида имеется впускное отверстие. Вода входит через впускное отверстие, соприкасается с поверхностью таблеток и выходит через окна (отверстия) на периферии держателя.
Желательно, чтобы биоцид представлял собой химическое соединение, которое доставляет активный хлор в воду для уничтожения микроорганизмов. Может быть использован любой биоцид со свободным хлором, включая хлористый тринатриевый фосфат, кальциевый гипохлорид, литиевый гипохлорид, различные N-хлористые соединения, известные как соединения со свободным хлором, такие как натриевый или калиевый дихлороизоцианурат, дихлороциануратовая кислота, монохлорамин, дихлорамин, ((монотрихлоро)-тетра (монокалий дихлоро)) пентаизоцианурат, 1,3-дихлоро-5,5-диметилиданатон, хлорамин Т, р-толуол-сульфодихлоамид, трихлоромеламин, N-хлорамин, N-хлоросуцинимид, N,N-дихлороазодикарбонамид, N-хлороацетил-уреа, N,N-дихлороазодикарбонамид, N-хлороацетил-уреа, N,N-дихлорбиурил, хлористый дициандиамид.
Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что установка очистки воды дополнительно содержит средство индикации, показывающее полный расход всех имеющихся таблеток биоцида по истечении некоторого времени. Желательно, чтобы средство индикации показывало бы полный или почти полный расход таблеток биоцида. Может быть использовано любое известное средство индикации. Предпочтительно, чтобы средство индикации содержало окрашенную таблетку, расположенную вверху стопки таблеток биоцида, и смотровое окно со световой подсветкой внизу химического распределительного блока, позволяющее увидеть самую низкую таблетку. Цветная таблетка должна быть нейтральной, т.е. должна обладать высокой стабильностью в среде биоцида и воды. Когда биоцид представляет собой химическое соединение со свободным хлором, нейтральную таблетку изготавливают из материала, который инертен по отношению к окисляющим свойствам хлора. В другом варианте нейтральную таблетку покрывают материалом, предпочтительно, полимерным, который является высокоинертным по отношению к хлору.
Еще одним отличительным признаком настоящего изобретения является то, что установка очистки воды дополнительно содержит средство отключения воды, которое гарантирует, что вода не пройдет через устройство управления потоком, если биоцид выработан. Средство отключения воды в предпочтительном варианте содержит упомянутую нейтральную таблетку. Эта таблетка может быть сделана из магнитного материала, предпочтительно железа или никеля, с покрытием из нейтрального к биоциду материала, а считывающий магнит может быть расположен на дне химического распределительного блока, за счет чего при выработке всего биоцида оба магнита подходят так близко один к другому, что притягиваются, после чего срабатывает вентиль, перекрывающий поступление воды из устройства управления.
После прохождения химического распределительного блока вода, содержащая биоцид, удерживается в отстойной камере установки в течение заданного периода времени. Не углубляясь в теорию, можно полагать, что отстаивание воды, содержащей биоцид, в течение этого периода времени гарантирует, что все патогенные микроорганизмы, подобные бактериям или вирусам, будут уничтожены. Желательно, чтобы вода отстаивалась в отстойной камере в течение периода времени от 30 до 300 минут, более желательно от 60 до 180 минут. В установке очистки воды могут быть использованы любые другие устройства для отстаивания воды в течение этого периода времени. Наилучшее средство описано в патенте WO 2004/000732. Альтернативным средством, гарантирующим отстой воды в отстойной камере в течение этого периода времени, является наличие наклонных труб, подающих воду из основания химического распределительного блока в отстойную камеру, которые обеспечивают ламинарный характер потока воды в отстойной камере, разделенной перегородками на две или более горизонтальные секции. Расстояние между впускным и выпускным отверстиями каждой секции отстойной камеры является максимальным за счет того, что точки впуска и выпуска расположены на наибольшем расстоянии одна от другой. Это большое расстояние, проходимое потоком воды, вместе с ламинарным характером потока воды в отстойной камере гарантирует получение требуемого времени отстоя.
Перед тем как выйти из установки очистки воды, вода из отстойной камеры проходит через блок нейтрализации. Блок нейтрализации отделяет от воды биоцид, распределенный в воде. Блок нейтрализации в предпочтительном варианте представляет собой бактериостатический активированный углерод.
Хотя вода может протекать в блоке нейтрализации вверх или вниз, желательно, чтобы вода протекала в блоке нейтрализации вверх. Различные варианты могут быть предусмотрены для конфигурации такого потока, некоторые из которых рассмотрены в патенте WO 2004/014803.
Еще одним отличительным признаком настоящего изобретения является то, что установка очистки подаваемой самотеком воды содержит:
- питающую камеру, имеющую грубый фильтр, через который в питающую камеру проходит вода, подлежащая очистке;
- фильтрующее вещество углеродного блока и соответствующей формы осадочный фильтр из нетканого материала, который можно заменять/промывать, служащие для отделения от входной воды твердых и растворенных соединений,
- которое сообщается в потоке воды с химическим распределительным блоком, содержащим средство индикации, при этом потоком воды, выходящей из фильтра, до тех пор, пока вода не соприкоснется с биоцидом, подаваемым из химического распределительного блока, управляет
- средство управления потоком, содержащее контрольную емкость и сифон,
- причем вода после этого отстаивается в отстойной камере в течение заданного периода времени до того, как выйдет из установки очистки воды через
- блок нейтрализации, в котором поток движется вверх и который служит для выделения биоцида из воды на выходе установки.
Далее настоящее изобретение будет рассмотрено на примере его осуществления со ссылкой на фиг.1, не ограничивающем существа изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан вариант установки очистки воды согласно настоящему изобретению. Установка имеет питающую камеру (FC), в которую поступает вода, подлежащая очистке, из грубого фильтра (CF), необходимого для улавливания крупных частиц примесей. Питающий сосуд имеет небольшую высоту, максимум 20 см, и служит для обеспечения самотека воды при фильтрации через фильтрующее вещество углеродного блока (CBF). На этот блок установлен осадочный фильтр (SF), изготовленный из нетканого материала и повторяющий по форме форму фильтрующего вещества углеродного блока (CBF). Осадочный фильтр удаляет частицы размером от 3 до 6 мкм. Фильтр углеродного блока отделяет частицы менее 3 мкм, растворенные органические вещества и пестициды. Он отфильтровывает также стойкие пузырьки хлора. Вода из углеродного фильтра поступает самотеком вниз в устройство управления потоком (FCM), содержащее контрольную емкость и сифон для эффективного управления потоком воды до ее соприкосновения с биоцидом. Устройство управления потоком гарантирует, что изменение потока происходит в очень узком интервале и независимо от потока воды на входе питающей камеры (FC). Биоцид распределяется в воде, выходящей из устройства управления потоком, попадая туда из химического распределительного блока (CDU). Химический распределительный блок имеет стопку таблеток биоцида (ВТ) и средство индикации (IM), включающее цветную нейтральную таблетку. В основании химического распределительного блока (CDU) имеется смотровое окно (ТМ), через которое можно наблюдать средство индикации (IM), как только израсходуются таблетки биоцида. Вода, содержащая биоцид, далее попадает в отстойную камеру (RC), где она удерживается требуемое время, в течение которого погибают все вирусы и бактерии. В отстойной камере (RC) имеются перегородки (В), которые создают требуемый путь для потока воды и, следовательно, требуемое время отстоя. Далее вода идет в обратном направлении и вверх через блок нейтрализации (SM), который выделяет биоцид из воды. Затем вода собирается в камере сбора (СС). Очищенная вода, свободная от всех примесей, может быть взята через вентиль (Т).
Следовательно, с помощью настоящего изобретения оказывается возможным создать простую и недорогую в эксплуатации установку очистки поступающей самотеком воды, которая дает чистую питьевую воду, свободную от всех загрязнений, включая частицы, микроорганизмы и растворенные вещества, подобные остаткам пестицидов, с требуемой высокой производительностью, которая сохраняется в течение длительного времени.