ОБЪЕДИНЕННАЯ СУДОВАЯ СИСТЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
COMBINED SHIP WATER PREPARATION AND CONDITIONING SYSTEM

Изобретение относится к комбинированным способам обработки и обеззараживания воды с применением нескольких химических компонентов и физических воздействий для получения чистой воды в замкнутом контуре.
Система предназначена для приготовления и кондиционирования питьевой и технической воды из пресной воды или минерализованной опресненной природных открытых и подземных источников, а также систем централизованного и децентрализованного водоснабжения муниципальных образований и промышленных предприятий.
Система состоит из двух функциональных блоков: предварительной очистки, а также основной очистки (кондиционирования).
В первом блоке вода накапливается в цистерне запаса пресной (забортной) воды и обеззараживается пергидролем, подаваемым насосом-дозатором из расходной емкости. Данный блок используется только при прохождении судном пресных водоемов, то есть в районах внутренних водных путей (ВВП).
Во втором блоке вода из цистерны питьевой воды забирается насосом и через эжектор-кавитатор, где происходит вторичное обеззараживание кавитацией и эжектируемой из лампы ультрафиолетового излучения озонообразующей (УФИО) озоно-воздушной смесью, подается в фильтр с песчаной загрузкой. Финишная обработка воды осуществляется в лампе УФИО, воздух для генерации озона подается из блока подготовки воздуха (БПВ). Во время незначительного потребления воды или его полного отсутствия вода начинает возвращаться в цистерну питьевой воды через циркуляционный трубопровод, чем обеспечивается сохранение качества воды. Данный блок используется при эксплуатации судна в морских районах для кондиционирования воды.
Принципиальная схема объединенной судовой системы приготовления и кондиционирования питьевой воды представлена на фигуре 1.
Известны устройства комплексов и станций приготовления питьевой воды мобильных судовых, описанные в источниках: патент Российской Федерации RU 120412, Комплекс приготовления питьевой воды на морских судах; патент Российской Федерации RU 98123544, Установка для озонирования воды; гигиена хозяйственно-питьевого водоснабжения морских судов, Методические указания 1975-79 от 9 апреля 1979 г - М.: Изд-во Минздрава, 1979. - 38 с.; Курников А.С., Мизгирев Д.С., Михеева Т.А. Технологические решения экологических и энергетических проблем на водном транспорте и предприятиях речного флота / А.С. Курников, Д.С. Мизгирев, Т.А. Михеева // Монография. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО ВГАВТ, 2012. - 300 с; ил.; Тихомиров Г.И. Технологии обработки воды на морских судах: курс лекций: Учеб. пособие для курсантов и студентов морских специальностей. - Владивосток.: Мор. гос. ун-т, 2013. - 159 с.; и стационарных: патент Российской Федерации RU 131712. Мобильный водоочистной комплекс; патент Российской Федерации RU 2051128. Способ приготовления питьевой воды; Воробьева Л.В. Гигиена, санология, экология: учебное пособие / под ред. Л.В. Воробьевой: Санкт-Петербург.: Изд-во СпецЛит, 2011 - 255 с.; Моисеев И.И. Окислительные методы в технологии очистки воды и воздуха // Изв. А.Н. Сер. Хим, №3. - М., 1995. - С. 578-588.
Наиболее близкой по технической сущности является прототип, приведенный в источнике Курников А.С., Мизгирев Д.С., Михеева Т.А., Технологические решения экологических и энергетических проблем на водном транспорте и предприятиях речного флота / А.С. Курников, Д.С. Мизгирев, Т.А. Михеева // Монография. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО ВГАВТ, 2012. - 300 с; ил.
Признаками наиболее близкого аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:
- использование в технологическом процессе обработки воды озонирования и фильтрации;
- разделение бактерицидной обработки на предварительную и финишную стадии;
- непрерывный контроль качества очищенной воды, по которому производится регулирование расхода дезинфектанта;
-наличие в составе системы цистерны запаса пресной забортной воды, насоса, фильтра, цистерны питьевой воды.
Общими недостатками данных объектов являются следующие:
- сравнительно низкая санитарная надежность;
- отсутствие стадии доочистки;
- отсутствие текущего контроля качества обработанной воды;
- значительная вероятность передозировки активного дезинфектанта;
- сложность конструкции и низкая надежность оборудования;
-неудовлетворительные массогабаритные показатели установок и комплексов;
- высокое энергопотребление;
- очищенные воды не всегда удовлетворяют требованиям регламентирующей нормативной документации.
Причинами, препятствующими получению технического результата, обеспечиваемого изобретением при использовании устройства по прототипу являются:
- необходимость применения в конструкции установки сложного, дорогостоящего и относительно ненадежного озонатора при его работе на постоянной производительности, что также повышает энергопотребление и массогабаритные показатели станции;
- отсутствие возможности регулирования дозы озона в воде при ее повторной обработке, что вызывает высокую вероятность образования побочных продуктов окисления, которые плохо удаляются в процессе очистки и могут быть более токсичны, чем исходные загрязнения.
Задачей изобретения является повышение эффективности приготовления и кондиционирования питьевой воды, увеличение санитарной надежности и снижение массогабаритных характеристик.
Существенными признаками заявленного изобретения, отличительными от наиболее близкого аналога, являются:
- использование активного реагента на первом этапе обработки - пергидроля с фиксированным составом и концентрацией позволит гарантированно окислить сложные химические загрязнители исходных вод;
- замена эжектора на эжектор-кавитатор при обработке воды позволит получить дополнительный эффект обеззараживания воды кавитацией при высокоэффективном смешении сред и гарантированной эжекции газообразного потока озоно-воздушной смеси;
- применение совместной обработки гидродинамической кавитацией и озонированием позволяет достигнуть синергетического эффекта, позволяющего при значительном снижении дозы реагентов достигнуть высокого эффекта обеззараживания, что повышает санитарную надежность системы;
- отказ от озонаторного агрегата в пользу УФИО значительно уменьшит массогабаритные показатели и энергопотребление системы, снизит номенклатуру сменно-запасных частей и потребляемых реагентов.
Технический результат изобретения состоится в разработке системы для приготовления и кондиционирования питьевой воды, обеспечивающей снижение энергопотребления, повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации двухступенчатого обеззараживания и синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий, упрощения конструкции за счет исключения движущихся деталей и узлов реакторов, повышение надежности всей установки с одновременным сокращением функциональной единицы - озонаторного агрегата.
Общим техническим результатом для всех включенных в формулу признаков является повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации двухступенчатого обеззараживания и синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий, а также применения окислителя с гарантированными свойствами - пергидроля.
Предлагается объединенная судовая система приготовления и кондиционирования питьевой воды, содержащая цистерну запаса  пресной забортной воды, насос, фильтр и цистерну питьевой воды, отличающаяся тем, что включает два функциональных блока: предварительной очистки и основной очистки (кондиционирования), причем блок предварительной очистки содержит последовательно соединенные цистерну запаса пресной забортной воды и узел обеззараживания пергидролем, который состоит из емкости для пергидроля и насоса-дозатора; а блок основной очистки (кондиционирования) содержит последовательно соединенные цистерну питьевой воды, насос, эжектор-кавитатор, фильтр с песчаной загрузкой, озонобразующую лампу ультрафиолетового излучения, а также блок подготовки воздуха, причем дополнительно установлен циркуляционный трубопровод для возврата приготовленной воды в цистерну питьевой воды, а эжектор-кавитатор выполнен с возможностью обработки воды гидродинамической кавитацией и озоном, эжектируемым в составе озоно-воздушной смеси из озонообразующей лампы ультрафиолетового излучения.
Число, назначение и работа функциональных единиц системы обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобная система может быть использована для приготовления и кондиционирования питьевой и технической воды из пресной или минерализованной опресненной воды природных открытых и подземных источников, а также систем централизованного и децентрализованного водоснабжения муниципальных образований и промышленных предприятий в целях водоснабжения питьевой, технической водой отдельных производств, предприятий, организаций, судов, бассейнов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить качественное приготовление и кондиционирование вод питьевого и близкого к ним качества с использованием процессов отстаивания, реагентного обеззараживания, кавитации, озонирования, фильтрации и УФ-излучения вследствие использования в работе системы синергетического эффекта, возникающего при одновременном применении нескольких активных воздействий и окислителей (Активированные окислительные технологии (AOT's)). Данное явление позволяет для получения требуемого эффекта снижать интенсивность каждого из отдельных воздействий при одновременном использовании. Применительно к конкретной системе AOT's заключается в одновременном использовании пергидроля, гидродинамической кавитации, озонирования и УФ-излучения.
В данном случае это позволит снизить дозу озона и интенсивность УФ-излучения, что снижает массогабаритные показатели элементов системы и их энергопотребление.
Использование предлагаемых систем для водоснабжения повысит показатели санитарной надежности судов, позволит всегда получать потребителям питьевую воду высокого качества независимо от места нахождения судна, обеспечит безопасность экипажа и пассажиров, улучшит экологическую обстановку вследствие отсутствия выбросов хлорсодержащих реагентов и продуктов их распада, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата, сокращения номенклатуры сменно-запасных частей и потребляемых реагентов. Данное решение улучшит массо-габаритные показатели систем по приготовлению и кондиционированию воды, упростит их конструкцию, снизит строительные и эксплуатационные расходы, позволит комплексно автоматизировать рабочий процесс.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет собой принципиальную схему объединенной судовой системы приготовления и кондиционирования питьевой воды. Схема выполнена в виде прямоугольников в качестве графических обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения жидкости, пергидроля и озоно-воздушной смеси.
Части схемы сгруппированы в два отдельных и последовательно связанных блока: предварительной очистки воды (поз. А) и основной очистки воды (кондиционирования) (поз. Б).
Первый блок (поз. А) состоит из цистерны запаса пресной забортной воды (поз. 1) и узла обеззараживания пергидролем, который состоит из емкости для пергидроля и насоса-дозатора (поз. 2).
Во второй блок (поз. Б) входят цистерна питьевой воды (поз. 3), насос (поз. 4), эжектор-кавитатор (поз. 5), в который поступает озоно-воздушная смесь из УФИО (поз. 7), и фильтр с песчаной загрузкой (поз. 6). Финишная обработка воды осуществляется в лампе УФИО (поз. 7), воздух в которую подается из БПВ (поз. 8).
Циркуляционный трубопровод служит для возврата приготовленной воды в цистерну питьевой воды.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Результат достигается тем, что поступающие воды проходят комплексную обработку в соответствии с принципиальной схемой объединенной судовой системы приготовления и кондиционирования питьевой воды, представленной на фигуре 1, следующим образом.
При нахождении судна в районе ВВП используются блоки А и Б. В этом случае из цистерны (поз. 1) блока А насосом блока Б вода подается в эжектор-кавитатор. При транзите из блока А в блок Б в воду подается пергидроль насосом-дозатором (поз. 2), в результате чего происходит первый этап обеззараживания воды. Второй этап дезинфекции осуществляется в эжекторе-кавитаторе (поз. 5) блока Б за счет одновременной обработки потока гидродинамической кавитацией и озоном, который эжектируется в составе озоно-воздушной смеси из лампы УФИО (поз. 7). Далее, после эжектора-кавитатора (поз. 5) вода очищается в песчаном фильтре (поз. 6), окончательно обеззараживается в лампе УФИО (поз. 7) и только после этого подается потребителям.
При нахождении судна в морских районах используется только блок Б. В таком случае насосом (поз. 4) блока Б вода из цистерны питьевой воды (поз. 3) подается на обработку в эжектор-кавитатор (поз. 5), где происходит одновременная обработка потока гидродинамической кавитацией и озоном, который эжектируется в составе озоно-воздушной смеси из лампы УФИО (поз. 7). После вода поступает в песчаный фильтр (поз. 6) и через лампу УФИО (поз. 7) подается потребителям.
В периоды незначительного потребления воды или его полного отсутствия обработанная вода начинает возвращаться в цистерну питьевой воды (поз. 3) через циркуляционный трубопровод, чем обеспечивается сохранение качества воды в цистерне.
Для повышения концентрации озона в озоно-воздушной смеси и повышения надежности работы лампы поступающий в УФИО (поз. 7) атмосферный воздух проходит БПВ (поз. 8), обеспечивающий его очистку от механических загрязнений и осушку.
В результате такой организации работы системы постоянно обеспечивается высокое качество питьевой воды.
Таким образом, число, назначение и работа функциональных единиц обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить качественное приготовление и кондиционирование вод питьевого и близкого к ним качества из пресной или минерализованной опресненной воды для водоснабжения с использованием процессов отстаивания, реагентного обеззараживания, кавитации, озонирования, фильтрации и УФ-излучения, которые повысят показатели санитарной надежности судов, позволят всегда получать потребителям питьевую воду высокого качества независимо от места нахождения судна, обеспечат безопасность экипажа и пассажиров, улучшат экологическую обстановку вследствие отсутствия выбросов хлорсодержащих реагентов и продуктов их распада, снизят энергопотребление и повысят надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата, сокращения номенклатуры сменно-запасных частей и потребляемых реагентов. Данное решение улучшит массо-габаритные показатели систем по приготовлению и кондиционированию воды, упростит их конструкцию, снизит строительные и эксплуатационные расходы, позволит комплексно автоматизировать рабочий процесс.