МОБИЛЬНАЯ МАЛОГАБАРИТНАЯ ВОДООЧИСТНАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к устройствам для очистки воды, а более конкретно - к удалению железа, марганца, разнообразных органических веществ и других загрязнителей из природной, преимущественно подземной, воды путем предварительного окисления кислородом загрязнителей воды и интенсификации дальнейшей очистки воды, и может быть использована, преимущественно, для получения питьевой воды в удаленных вахтовых поселках, коттеджах.
Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используются озонирование [1. Орлов В.А. Озонирование воды. - М.: Стройиздат, 1984. - 88 с.; 2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1981. С.176-177, 180-181.; 3. Патент РФ на изобретение №2228916, МПК С02F 9/04], кавитация [4. Авт. свидетельство СССР №1502481, МПК С02F 1/64], фильтрование [ [3], 5. Патент РФ на полезную модель №35730, МПК В01D 24/48, F16К 15/04; 6. Патент РФ на изобретение №2225243, МПК В01D 24/10, 24/38].
Аналогом для заявляемой установки является автоматическая фильтровальная установка для очистки воды и гидрозатворы для этой установки по патенту РФ № 35730 кл. В01D 24/48, F16К 15/04. [5]. Установка содержит фильтр с фильтрующим материалом, систему трубопроводов для подвода и отвода воды, снабженных насосами, обратными клапанами и гидрозатворами, а также устройство для измерения давления, соединенное с фильтром и блоком управления процессом фильтрования.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сути является установка для очистки воды озонированием по патенту на изобретение РФ №2228916, МПК С02F 9/04 [3]. Установка содержит камеру окисления (озонирования) с патрубком подачи исходной воды и трубопроводом для отвода очищенной воды, к которому через насос присоединен напорный фильтр, выполняющий заключительный этап очистки воды. Над камерой окисления установлен эжектор, который связан с генератором озона. Вода из камеры окисления с помощью насоса поступает в эжектор, а из эжектора - в камеру окисления. Эти устройства, соединенные трубопроводом, образуют циркуляционный контур. В камере окисления размещен кавитатор, включенный в циркуляционный контур. Поступившая из эжектора насыщенная озоном и воздухом вода подвергается кавитации, что повышает эффективность очистки воды благодаря интенсификации окисления загрязнителей. Внутри камеры окисления установлен измеритель уровня воды, который взаимодействует с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею, соответственно, нижнего или верхнего заданного уровней. Между насосом и эжектором на трубопроводе циркуляционного контура установлен манометр.
Установка по прототипу обеспечивает эффективную очистку воды от загрязнителей, преимущественно от железа, за счет насыщения исходной воды воздухом, озоном и кислородом и кавитации, которая способствует интенсификации окисления загрязнителей.
Однако предлагаемая по патенту №2228916 установка для очистки воды недостаточно приспособлена для ее перемещения. При транспортировке на новое место, что часто необходимо при эксплуатации установки геологами, нефтяниками и другими мобильными группами потребителей воды, разборка и сборка установки требует существенных затрат времени и других ресурсов. В условиях северных широт с суровым климатом предлагаемая по патенту №2228916 установка требует строительства для нее теплого помещения. Кроме того, дополнительные затруднения возникают, если в вахтовом поселке отсутствует централизованное электроснабжение.
Задача изобретения: создать минимальное по размерам и весу, удобное в транспортировке и в то же время высоконадежное устройство, обеспечивающее эффективную очистку воды в автономном режиме при суровых климатических условиях Севера (например, при температурах воздуха вблизи - 43°С).
Технический результат, позволяющий решить задачу, заключается в обеспечении интенсивного окисления загрязнителей воды, их коагуляции и удаления с одновременной мобильностью станции за счет помещения и надежного закрепления ее внутри малогабаритного блок-бокса.
Задача решена следующим образом.
Как и прототип, заявляемая мобильная малогабаритная водоочистная станция содержит установку для очистки воды. В состав установки входит камера окисления, выполненная из нержавеющей стали, кавитатор, размещенный внутри камеры окисления выше верхнего заданного уровня воды, эжектор и насос, соединенные последовательно между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Установка для очистки воды содержит также измеритель уровня воды, установленный внутри камеры окисления и взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, манометр для контроля давления в системе подачи исходной воды, а также напорный фильтр и второй насос для подачи воды в напорный фильтр.
В отличие от прототипа мобильная малогабаритная водоочистная станция согласно полезной модели дополнительно содержит блок-бокс контейнерного типа, выполненный из листовой стали. Внутри блок-бокса с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды. Отличием является также то, что установка для очистки воды дополнительно содержит входной сетчатый фильтр, соединенный трубопроводом с камерой окисления, камеру коагуляции, соединенную с камерой окисления и через второй насос и обратный клапан с напорным фильтром, накопитель чистой воды с измерителем уровня воды, соединенный через дополнительный, третий, насос и обратный клапан с напорным фильтром, второй манометр, служащий для контроля давления воды в напорном фильтре, вентили для слива воды из камеры коагуляции, напорного фильтра и накопителя чистой воды и гидроклапан для обеспечения сброса грязной промывной воды из напорного фильтра. Кроме этого, пол блок-бокса выполнен с двумя отверстиями: одно для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды, другое - для аварийного сброса воды при переливах или утечках. Снаружи блок-бокса водоочистная станция снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом через насос и обратный клапан с накопителем чистой воды.
В частных случаях камера окисления и камера коагуляции имеют поперечное сечение в виде эллипса и снабжена поплавковым клапаном и переливной магистралью, расположенной выше уровня удержания воды поплавковым клапаном. Для повышения компактности станции насосы закреплены на боковых стенках емкостей, соответственно, на камере окисления, и накопителе чистой воды.
Стены блок-бокса целесообразно выполнить утепленными, например, с помощью минеральной плиты, закрытой оцинкованным листом, а двери - двухстворчатыми. Для обеспечения подъема и спуска блок-бокса при транспортировке крыша блок-бокса снабжена монтажными петлями. Работа станции может быть автоматизирована, для чего станция дополнительно содержит микроконтроллер.
Полезная модель обладает новизной, поскольку в известных источниках информации не выявлено устройств, характеризующихся той же совокупностью признаков, что и заявляемая мобильная малогабаритная водоочистная станция. На фиг.1. показана мобильная малогабаритная водоочистная станция (фото).
На фиг.2 изображен общий вид блок-бокса, в котором размещена водоочистная установка (фото).
На фиг.3 представлена блок-схема установки для очистки воды.
На фиг.4. показаны основные узлы установки для очистки воды, размещенной в блок-боксе: камера окисления, напорный фильтр, накопитель чистой воды, насосное оборудование (фото).
Мобильная малогабаритная водоочистная станция (фиг.1) содержит блок-бокс, в котором с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды.
Корпус блок-бокса (фиг.2) может быть изготовлен из листовой стали (Ст.3 или другой марки с близким качеством) толщиной 2 мм. В полу имеются два технологических отверстия (на фиг.2 не показаны). Одно служит для слива воды (например, чтобы освободить все емкости перед транспортировкой) и для сброса грязной промывной воды, второе - для аварийных ситуаций во избежание замерзания воды в случае внештатных ситуаций.
При перевозке по лесным дорогам, по зимникам, а также в условиях бездорожья любые конструкции подвергаются повышенной опасности. Для исключения поломок должна быть предусмотрена станина сварная (например, из швеллера № 12 или № 10), которая создает прочность конструкции блок-бокса. Пол выполнен из листовой стали толщиной 3 мм. Поперечные и встроенные по периметру ребра из уголка обеспечивают жесткость всех стенок бокса. Пол и стены утеплены (например, минеральной плитой). Стены после утепления закрываются оцинкованным листом толщиной 0,55 мм.
Для удобства размещения оборудования двери выполнены двухстворчатыми, распашными, общей шириной 1,6 м. При работе станции в штатном режиме с целью энергосбережения используется только одна створка двери. Для максимальной полноты использования площади блок-бокса, удобства размещения (легко проходит в дверь) камера окисления и камера коагуляции выполнены в виде емкостей с эллипсовидным сечением. Эллипсовидная форма сечения камеры окисления позволяет компактно устанавливать комплектующие узлы станции.
Для удобства при транспортировке блок-бокс оснащен четырьмя подвесами (монтажными петлями), обеспечивающими быстрый и надежный подъем и перемещение. Станция легко транспортируется к удаленным местам (например, на вахтовые поселки или в точки ЧС) при помощи вертолета МИ-8 (если нет дорог), а также автомобильным, водным, железнодорожным видами транспорта.
Установка для очистки воды (фиг.3) содержит камеру окисления 1, изготовленную из нержавеющей стали, выполненную в виде закрытой цилиндрической емкости (с сечением в виде эллипса) с крышкой. Камера окисления 1 соединена с камерой коагуляции 2, выполненной из нержавеющей стали в виде закрытой цилиндрической емкости с крышкой с сечением в виде эллипса. Камера коагуляции 2 соединена с напорным фильтром 3, выполненным в виде цилиндрического корпуса с конусообразными крышкой и днищем, который содержит зернистый фильтрующий материал. Напорный фильтр 3 соединен с накопителем чистой воды 4, и с системой автоматической промывки. Очищенная вода отводится от накопителя чистой воды 4 потребителю с помощью насоса 5 и обратного клапана 6. Для удобства потребления воды имеется водоразборный кран 7, соединенный с накопителем чистой воды 4 и смонтированный на наружной стене блок-бокса.
Установка содержит также входной сетчатый фильтр 8, с которым соединена камера окисления 1. Внутри камеры окисления 1 размещен кавитатор 9, измеритель уровня воды 10 и поплавковый клапан 11. Выше уровня удержания воды поплавковым клапаном 11 расположена переливная магистраль 12. На трубопроводе подачи исходной воды установлен манометр 13. Кавитатор 9 соединен с эжектором 14. Камера окисления 1, насос 15, эжектор 14 и кавитатор 9 соединены между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Для подачи очищенной воды в напорный фильтр 3 служит насос 16. На трубопроводе, соединяющем камеру коагуляции 2 и напорный фильтр 3, установлены манометр 17 и обратный клапан 18. Внутри накопителя чистой воды установлен измеритель уровня воды 19. Для подачи чистой промывной воды из накопителя чистой воды 4 в напорный фильтр 3 служит насос 20 и обратный клапан 21. Для обеспечения сброса грязной промывной воды из напорного фильтра 3 имеется гидроклапан 22. Камера коагуляции 2, напорный фильтр 3 и накопитель чистой воды 4 снабжены вентилями 23, 24, 25 для слива воды из указанных емкостей. Насосы 5, 15, 16 для компактности могут быть закреплены на накопителе чистой воды 4, камере окисления 1 и напорном фильтре 3 (фиг.4).
Станция работает следующим образом.
Сборка и первичное испытание производятся в заводских условиях, на месте производитель обеспечивает окончательный монтаж, технологические испытания, авторский надзор.
Подача воды для очистки может осуществляться практически из любого водного объекта: из скважины, открытого водоема (река, ручей). Электрооборудование станции может работать как от сети, так и от генератора напряжения (автономного источника электропитания).
Исходная вода поступает через входной сетчатый фильтр 8 в камеру окисления 1, где обогащается кислородом воздуха и освобождается от сопутствующих газов, присутствие которых возможно в подземной воде. Аналогично камере окисления по патенту №2228916, обогащенная воздухом вода по трубопроводу, являющемуся одним из трубопроводов циркуляционного контура, направляется в кавитатор (9), расположенный в камере окисления 1 (фиг.3). Возможно использование любого известного из уровня техники кавитатора, в том числе кавитатора по прототипу, который обеспечивает высокую степень диспергирования воды и воздуха. Турбулентные потоки насыщенной кислородом воздуха воды с большой скоростью вырываются из кавитатора 9 и падают с высоты ~500 мм при высоте емкости ~1 м. Затем вода, прошедшая кавитатор 9, соединяется с остальной частью воды, находящейся в нижней части камеры окисления. Таким образом, обеспечиваются условия для интенсивного смешивания воды с кислородом воздуха. При этом концентрация кислорода, находящегося как в истинно растворенном состоянии, так и в виде мелкодисперсных пузырьков в коллоидном состоянии, достигает максимально высоких значений.
Полученная водогазовая смесь многократно циркулирует через эжектор 14 и кавитатор 9 благодаря насосу 15. При этом манометром 13 автоматически контролируются давление и уровень воды в системе, что исключает возникновение внештатных ситуаций, так как устройство автоматически отключается в случае нарушения заданного режима работы. Управление может быть осуществлено с помощью микроконтроллера. Верхний заданный уровень определяется, исходя из местоположения кавитатора 9 и объема камеры окисления 1. Обычно уровень воды составляет половину объема камеры 1. В случае перелива исходной воды поплавковый клапан 11 поднимается, открывая переливную магистраль, и лишняя вода сливается из камеры окисления 1. Обработанная в камере окисления 1 вода поступает в камеру коагуляции 2, где находится около 60 мин. для завершения процессов окисления, деструкции, кристаллизации и коагуляции.
После достижения желаемого эффекта система с помощью гидравлических клапанов и затворов (не показаны) переключается на перекачивание воды насосом 16 в напорный фильтр 3 для удаления осадка (преимущественно железосодержащего). Фильтр 3 работает в автоматическом режиме, длительность фильтроцикла и регенерации задаются на основании контролируемых показателей. Очищенная вода направляется в накопитель чистой воды 4, из которого поступает к потребителю через водоразборный кран 7.
По мере загрязнения напорного фильтра 3 осуществляют промывку. Вода для промывки поступает из накопителя чистой воды 4 с помощью насоса 20 и обратного клапана 21. Грязная после промывки вода сливается через гидроклапан 22.
При необходимости транспортировки станции вода из всех ее узлов удаляется через сливные вентили 23, 24, 25 и сливается из насосов 5, 15, 16, 20 после разгерметизации фланцев, указанных в инструкции по эксплуатации. Перед транспортировкой проверяется надежность крепления оборудования, при необходимости подтягивается крепеж. Подъем и перемещение станции осуществляется при помощи разборных такелажных скоб диаметром 25 мм, каждая из которых выдерживает нагрузку 2 тонны.
Изобретение промышленно применимо. Устройство прошло не только опытную отработку процесса, но и испытания в производственных условиях, которые показали высокую (90% и более) степень очистки воды от загрязнителей. Достоинством заявляемой установки для очистки воды является возможность эксплуатации в труднодоступных местах. Устройство прошло испытания и успешно эксплуатируется на скважинах в вахтовых поселках на севере Томской области и в коттеджах Томского района. При малых габаритах (ширина бокса 1,8 м; длина 2,5 м; высота 2,2 м) и общем весе (вместе с боксом), не превышающем 2 т, обеспечивается производительность до 6 т очищенной воды в сутки. Станция сохраняет работоспособность практически в любых климатических условиях: может работать в температурном диапазоне от -43°С до +40°С. При низких отрицательных температурах риск замерзания воды в оборудовании устраняется электрообогревом бокса (например, путем размещения внутри изделия электрических тенов, подключенных к электропитанию и к прибору контроля и поддержания температуры).