УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Заявляется устройство, предназначенное для очистки, хранения и транспортирования воды из природных водоисточников с показателями качества не хуже Ш класса согласно ГОСТ 2761-84.
Требования к «Воде питьевой» по СанПин 2.1.4.559-96 побуждают находить все новые конструктивные решения на основе использования многостадийной обработки воды.
Известно устройство - модуль-цистерна МЦПТ-5.5 [1], изготовитель ФГУП «Ленинградский Северный завод» (патент №45144 на промышленный образец).
Данный водоочиститель выполнен в виде рамы, несущей в себе блок цистерн, блок озонаторов, фильтр-деструктор, пульт управления и рабочую площадку. Рама установлена на платформе транспортного средства на колесном шасси автомобиля типа КАМАЗ. В одном из двух представленных вариантов рама устанавливается на опорах вне транспортного средства.
Указанный водоочиститель [1] обеспечивает очистку воды от механических примесей и обеззараживание воды озонированием. Кроме того, теплозащитное покрытие поверхности цистерн позволяет сохранить стабильность состава озонированной воды.
Однако блок озонаторов водоочистителя [1], снабженный специальными элементами осушки воздуха, поглощает дополнительную энергию для получения озона, и кроме того, озонирование не обеспечивает полное окисление органических веществ.
В водоочистителе [1] производится одновременное заполнение или раздача очищенной воды потребителю из обоих накопительных емкостей.
Это увеличивает время цикла очистки от забора воды из источника до раздачи потребителю или накопления воды, так как необходимо время для выделения остаточного озона из воды и разрушения озона на фильтре-деструкторе.
Теплозащитное покрытие поверхности цистерн не обеспечивает стабильность работы аппаратуры и комфортность работы персонала.
Устройство [1] выбрано авторами в качестве ближайшего аналога.
Задачей данного устройства является создание такой конструкции водоочистителя, которая обеспечила бы стабильность работы с наименьшими энергозатратами, непрерывность работы без использования реагентов с эффективным обеззараживанием воды от микробиологических загрязнений органических и неорганических соединений.
Поставленная задача решается за счет того, что в блоке озонаторов установлен концентратор кислорода, который позволяет исключить подготовку (осушку) воздуха и этим повысить производительность озонаторов, снизить энергозатраты на получение озона и повысить надежность работы устройства. Введение ультрафиолетового облучения усиливает воздействие озона, а наличие баромембранной фильтрации и ультрафиолетового облучения обеспечивают эффективное обеззараживание воды.
Предложенное решение отличается от устройства [1] наличием входной емкости, концентратора кислорода, ультрафиолетового облучения, баромембранной фильтрацией, установкой насосов до и после смесителя, системой клапанов и вентилей, обеспечивающих съем и замену накопительных емкостей и баромембранных фильтров в процессе работы, совокупностью элементов, позволяющих вести непрерывную работу в режимах очистки, накопления, транспортирования и хранения воды и повторной очистки воды.
Представленные чертежи поясняют сущность предлагаемого устройства.
На фиг.1 изображена компоновочная схема устройства.
На фиг.2 изображена компоновочная схема пневмогидравлического шкафа.
На фиг.3 - представлена схема пневмогидравлическая принципиальная.
Устройство состоит (см. фиг.1) из корпуса 1 со съемной задней стенкой 2. Внутри корпуса 1 установлены: входная емкость 3, пневмогидравлический шкаф 4, блок накопительных емкостей 5 (на фиг.3 - емкости 5-1, 5-2, 5-3, 5-4), фильтр-деструктор озона 6. Указанные элементы обеспечивают заданные циклы очистки воды. Остальные элементы, также установленные внутри корпуса, выполняют вспомогательные задачи, а именно - гидроаккумулятор 7, кондиционер 8, радиатор тепловой 9, гидро и теплозвукоизоляция 10, дизель-генератор 11 и топливный бак дизель - генератора 12.
Дизель генератор 11 вырабатывает электроэнергию, расходуемую на работу элементов в блоке управления 14, работу кондиционера 8, радиатора теплового 9. Кондиционер 8, радиатор тепловой 9, гидро-теплозвукоизоляция 10 и освещение внутри корпуса 1 создают комфортные условия работы оператора и безотказность работы всех элементов системы очистки.
й
й
Пневмогидравлический шкаф 4 (см. фиг.2 и фиг.3) содержит корпус 13, выполненный в виде прямоугольного шкафа, в верхней части которого установлен блок управления 14. В нижней части размещены элементы схемы очистки: насос 1 ступени 15, фильтр осветительный 16, блок мембранных фильтров 17, 18, 19, блок озонаторов 20, смеситель 21, насос 2 ступени 22, фотохимический реактор 23 и насос выходной 24.
Фильтр грубой очистки, вентили, клапаны, манометры, обратные клапаны и датчики уровня в емкостях на фиг.1 и 2 - не показаны.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.3).
На блоке управления 14 оператором устанавливается один из пяти режимов работы: заполнение емкостей, раздачи воды, непрерывной работы, повторной очистки и промывки фильтров.
В режиме заполнения емкостей исходная вода под давлением через открытый электромагнитный клапан 25, фильтр грубой очистки 26 и фильтр осветлительный 16 поступает в емкость 3, заполняя ее до срабатывания контакта «1» датчика уровня 27 (при 50% заполнении емкости 3) и отключения клапана 25.
Если в любой из емкостей 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, (воды менее половины объема), то по сигналу любого из датчиков уровня 28, 29, 20, 31, (срабатывают контакты «0», «1») включаются насос 15, фотохимический реактор 23, и фильтр-деструктор 6.
Вода с выхода насоса 15 под давлением, контролируемым по манометру 32, подается на управляемый вентиль 33. Вентилем 33 устанавливается давление, контролируемое по манометру 34, и через вентили 35, 36, 37 вода поступает на вход блока мембранных фильтров 17, 18, 19, при этом клапан 38 закрыт.
В блоке фильтров поток воды разветвляется - очищенная вода с выходов каждого из фильтров 17, 18, 19 через вентили 39, 40, 41, расходомер 42 и вентиль 43 направляется на вторую ступень очистки. Вода с загрязнениями с других выходов фильтров 17, 18, 19 через открытые вентили 44, 45, 46, и 47 возвращается обратно во входную емкость 3.
В процессе пуско-наладочных работ автоматическую систему управления настраивают таким образом, чтобы на смеситель 21 через расходомер 42 вентилем 43 подавался поток с расходом меньшим, чем расход, устанавливаемый вентилем 47, потока, возвращаемого в емкость 3 через вентили 44, 45, 46. Такое различие расходов потоков гарантирует устойчивый смыв загрязнений с фильтрующих мембран фильтров и долговечность их работы.
Очищенная на первой ступени вода поступает через смеситель 21 на вход насоса 22, при этом вентиль 48 и клапан 49 - закрыты.
При достижении минимально заданного давления, контролируемого по манометру 50, включается насос 22, концентратор кислорода 51 и озонатор 20.
Водо-озоно-воздушная смесь с выхода насоса 22 под давлением, контролируемым по манометру 52, подается на вентиль 53. Вентилем 53 устанавливается давление необходимое для работы фотохимического реактора 23 (контролируется по манометру 54).
Вентилем 43 регулируется такое давление на входе в смеситель 21, чтобы в смесителе создавалось разряжение насосом 22, которое обеспечивает образование мелкодисперсных пузырьков озона равномерно распределенных по всему объему.
Затем вода через фотохимический реактор 23 и клапаны 55, 56, 57, 58 подается в емкости накопительные 5-1, 5-2, 5-3, 5-4.
Заполнение водой начинается с емкости 5-1 при условии срабатывания всех контактов «0» датчиков уровня 28, 29, 29, 30 (все емкости пустые), или с любой из емкостей, имеющей минимальное количество воды, то есть по сигналам контактов «0», соответствующих датчиков уровня (при этом сначала будет заполняться емкость, имеющая наименьший порядковый номер). При заполнении открыты клапаны 55, 56, 57, 58, соответствующие заполняемой емкости, а переключающие электромагнитные клапаны 59, 60, 61, 62 отводят выделяющийся из воды остаточный озон в фильтр деструктор 6, в котором происходит разложение озона. С момента заполнения выдается сигнал о запрете раздачи воды из заполняемой емкости.
При 100% заполнении емкости, срабатывает контакт «2» датчика уровня (28, 29. 30, 31) заполняемой емкости, закрывается соответствующий клапан (55, 56. 57, 58), переключается клапан (59. 60, 61, 62), и начинается заполнение следующей емкости. При этом заполненная емкость находится под запретом раздачи воды на время, необходимое для удаления остаточного озона через фильтр-деструктор 6.
При условии полного (100%) заполнения всех емкостей (срабатывают контакты «2» датчиков уровня емкостей 5),отключается насос 15. При снижении давления ниже минимально заданного и контролируемого по манометру 50, отключается насос 22.
Концентратор кислорода 51, озонатор 20 и фотохимический реактор 23 отключаются, а через некоторое время (время, необходимое для удаления остаточного озона из емкости), отключается и фильтр - деструктор 6.
При срабатывании контакта «2» датчика уровня 27 клапан 25 закроется и прекратит подачу воды во входную емкость 3.
В режиме раздачи воды открывается клапан электромагнитный 63.
Раздача воды из емкостей 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 возможна, если срабатывают контакты «1» или «2» датчиков 28, 29, 30, 31.
Раздача начинается с емкости 5-1 при условии полных емкостей (сигнал контакта «2» датчиков 28, 29, 30, 31), или с емкости, имеющей большее заполнение (при одинаковых объемах - первой по порядковом номеру), кроме того необходимо отсутствие запрета раздачи воды из этой емкости. При этом открыты соответствующие клапаны 64, 65, 66, 67, а соответствующие переключающие электромагнитные клапаны 59, 60, 61, 62 открывают подачу воздуха через фильтр воздушный 68.
При выполнении выше перечисленных условий и давлении на манометре 69 менее заданного, включается насос 24, очищенная вода начнет поступать в гидроаккумулятор 7 и при закрытом вентиле 48 - потребителю.
При прекращении (уменьшении) водоразбора насос 24 продолжит заполнять гидроаккумулятор 7, сжимая его мембрану, до заданного давления (контроль по манометру 69). После чего насос 24 отключается.
При возобновлении водоразбора вода будет поступать из гидроаккумулятора под давлением мембраны, и небольшие объемы расхода воды не будут вызывать включение насоса 24.
При повышении водоразбора давление на манометре 69 будет понижаться и при достижении минимального значения, включается насос 24.
При сливе воды из одной емкости 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 до срабатывания контакта «0» датчика уровня (28, 29, 30, 31), начнется раздача воды из следующей емкости.
Если все емкости 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 пустые, то появится запрет на включение насоса 24.
Непрерывный режим работы обеспечивается наличием более трех накопительных емкостей, что дает возможность работы системы при одновременном заполнении емкостей и раздаче очищенной воды. При этом одна емкость заполняется и раздача воды из нее невозможна, другая - заполнена, но раздача воды из нее возможна только после окончания процесса удаления остаточного озона из воды в емкости, третья емкость обеспечивает потребителей очищенной водой, четвертая емкость - необходима при ремонте емкостей, или при превышении расхода воды потребителю над заполнением и наоборот.
При повторной очистке воды (рециркуляции) система работает в двух вариантах:
- если пустые одна, две или три емкости 5 - вариант «а»;
- если все емкости заполнены - вариант «б».
Вариант «а».
При условии срабатывания контакта «1» или «2» датчика уровня 28, 29, 30, 31 откроется клапан электромагнитный 64, 65. 66, 67 той емкости 5, где уровень заполнения выше (при одинаковых уровнях - первая по порядковому номеру).
Одновременно включается насос 24, фильтр деструктор 6, и вода начинает поступать через открытый вентиль 48, расходомер 42, вентиль 43 и смеситель 21 на вход насоса 22. При этом клапаны 38 и 63 и вентиль 47 - закрыты).
При достижении необходимого давления по манометру 50, включается насос 22, концентратор кислорода 51 и озонатор 20.
Водо-озоно-воздушная смесь с выхода насоса 22 через вентиль 53, фотохимический реактор 23 и клапаны 55, 56, 57, 58 подается в пустую емкость 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 (при отсутствии воды в нескольких емкостях, вода подается в первую по порядковому номеру емкость).
После заполнения емкости система управления начнет выполнять выше перечисленную последовательность работ для следующей емкости, если количество заполненных емкостей больше двух.
После очистки воды во всех емкостях система управления отключит насос 24. При снижении давления на манометре 50 ниже установленного отключится насос 22, концентратор кислорода 51, озонатор 20 и фотохимический реактор 23 закроются клапаны 55, 56, 57, 58, 64, 65, 66, 67 и вентиль 48, еще через некоторое время отключится фильтр-деструктор 6.
Вариант «б».
При условии срабатывания контакта «2» каждого датчика уровня 28, 29, 30, 31, откроется клапан электромагнитный 64 емкости 5-1. Одновременно включится насос 24, фильтр-деструктор 6, и вода начнет поступать через открытый вентиль 48, расходомер 42, вентиль 43 и смеситель 21 на вход насоса 22. При этом клапаны 38 и 63 и вентиль 47 - закрыты.
Водо-озоно-воздушная смесь с выхода насоса 22 через вентиль 53, фотохимический реактор 23 и клапан 55 подается обратно в емкость 5-1. Через определенное время,(зависящее от производительности системы очистки воды и объема емкости 3 и задаваемое при пуско-наладочных работах), система управления закроет клапаны 55 и 64 и откроет 56 и 65. Начнется рециркуляция воды емкости 5-2
При рециркуляция воды во всех емкостях система управления отключит насос 24. При снижении давления на манометре 50 ниже установленного, отключится насос 22, концентратор кислорода 51, озонатор 20 и фотохимический реактор 23, закроются клапаны 55, 56, 57, 58, 64, 65, 66, 67 и вентиль 48, еще через некоторое время - отключается фильтр-деструктор 6.
При промывке фильтров блокируется включение насоса 15, закрыты клапан 49 и вентили 33, 47 и 43 и открыт клапан 38.
Очищенная вода из гидроаккумулятора 7, если водоразбора нет, или от насоса 24, если в момент промывки выполняется водоразбор, через вентиль 48 при открытых вентилях 39, 40, 41 подается обратным током в блок мембранных фильтров 17, 18, 19 и через открытые вентили 35, 36, 37 и клапан 38 смывается в дренаж.
Давление воды регулируется вентилем 48 по показаниям манометра 50. Сигнал о необходимости промывки фильтров выдается системой управления по показаниям манометров 34, 70 и 50. Длительность промывки и давление воды на манометре 50 устанавливается при пуско-наладочных работах.
Промывка фильтров водой из емкостей 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 возможна, если заполнена хотя бы одна емкость.
Режим рециркуляции прерывает режим заполнения емкостей, но может выполняться одновременно с режимом раздачи воды.
Предложенное решение использовано в контейнерной станции очистки и обеззараживания воды (КСОВ), разработанной заявителем.
Основные технические характеристики КСОВ:
- производительность м<sup>3</sup>/час
3,5
- потребляемая мощность квт
6,5
- температура окружающей среды °С
-35...+35
- объем накопительных емкостей м<sup>3</sup>
3...8.
В качестве корпуса КСОВ использован стандартный контейнер по ГОСТ 18477 например типа 1С. Такой стандартный контейнер позволяет транспортировать очищенную воду на любом виде транспорта: наземном, водном или воздушном.
Блок управления выполнен с использованием микрочипов, что позволяет быструю замену вышедших из строя элементов управления.
Разработанная система КСОВ подтвердила возможность выполнения поставленной задачи, так как:
- повысилась производительность озонаторов за счет установки концентратора кислорода;
- снизились энергозатраты на получение озона;
- обеспечено эффективное обеззараживание воды за счет сочетания озонирования и ультрафиолетового облучения;
- мембранная ультрафильтрация обеспечивает не только тонкую очистку воды, но и стерилизацию от споровых и вирусных инфекций;
- параллельно установленные мембранные фильтры дали возможность очистки и замены любого из фильтров, не прерывая процесс очистки-накопления воды;
- последовательно заполняемые емкости дают возможность замены одной из емкостей в процессе работы, не прерывая процесс, и гарантируют полное разложение и удаление остаточного озона в очищенной воде;
- теплозвукоизоляция корпуса установки создают комфортные условия
- для персонала при работе, профилактическом обслуживании и ремонте и обеспечивают безотказность работы всех элементов системы очистки независимо от внешних условий;
- применение нескольких накопительных емкостей позволяет осуществлять непрерывную очистку воды и раздачу ее потребителю.