Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная УМКВА-1
UNIVERSAL MOBILE AUTOMATIC COMPLEX WATER TREATMENT INSTALLATION UMKVA-1

Изобретение относится к области очистки воды из различных источников до уровня питьевой СанПиН 2.1.4.1074-01. Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная предназначена для получения чистой питьевой воды из подземных, наземных и коммунальных источников.
Известна мобильная малогабаритная станция очистки воды (1), которая предназначена для получения питьевой воды из природной воды, преимущественно подземной, для нужд потребителей, находящихся вдали от систем водоснабжения, например, в вахтовых поселках, коттеджах. В состав станции входит установка для очистки воды, закрепленная внутри блок-бокса контейнерного типа. Установка содержит соединенные трубопроводами входной сетчатый фильтр, камеру окисления, две камеры коагуляции, напорный фильтр и накопитель чистой воды. Исходная вода через сетчатый фильтр сначала поступает в камеру окисления, а из нее, с помощью насоса, - в эжектор, а потом снова - в камеру окисления. Эти устройства образуют циркуляционный контур. В камере окисления размещен кавитатор, который служит для интенсификации окисления загрязнителей. Камеры коагуляции завершают процесс окисления, деструкции и кристаллизации загрязнителей. Из камеры коагуляции вода насосом перекачивается в напорный фильтр и из напорного фильтра - в накопитель чистой воды. Для дезинфекции воды, поступившей в накопитель чистой воды, от бактериальных загрязнителей установка содержит озонатор, соединенный с блоком питания и фильтром для очистки воздуха, и кавитатор, расположенный внутри накопителя чистой воды. Кавитатор соединен с эжектором и насосом в циркуляционный контур. К накопителю чистой воды присоединен блок разложения остаточного озона.
В отличие от описанного изобретения полезность УМКВА-1 в том, что комплекс оснащен финальной очисткой воды методом обратного осмоса, который позволяет гарантированно удалить 99,8% всех примесей, бактерий, вирусов, частиц йонов солей и металлов, при этом озонирование применяется только как предварительный элемент очистки.
Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используется озонирование (2, 3, 4). Система озонирования в заявляемом устройстве служит для схожих целей, что и в заявленных патентах, однако в предполагаемом изобретении озон применяется в качестве дополнительного модуля для обеззараживания и обезжелезивания. Также особенность производства озона состоит в том, что озон получается из 90% кислорода и его производство может регулироваться в зависимости от потребности среды. При дополнительной необходимости озон в предлагаемой установке может быть подан также в емкость с чистой водой для предотвращения развития бактерий при хранении либо перевозке.
Известна установка обратного осмоса (5) WO 2008121030, которая содержит блок опреснительных мембран, блок управления и модули подачи соленой воды под высоким давлением, каждый из которых включает диафрагменный насос, масляный гидропривод, устройство повышения давления рассола и распределитель рассола. Внутренняя полость диафрагменного насоса разделена гибкими диафрагмами на три изолированные секции. Центральная секция (А) выполнена с возможностью поступления в нее соленой воды и выхода ее в блок опреснительных мембран с давлением, превышающим осмотическое. Боковая секция (В) соединена с масляным гидроприводом с циклической подачей масла под давлением, превышающим осмотическое, а боковая секция (С) соединена с распределителем рассола, который соединен с выходом рассола из блока опреснительных мембран. В установке по второму варианту боковая секция диафрагменного насоса (С) содержит дополнительную диафрагму и гидравлический мультипликатор в качестве устройства повышения давления рассола.
В отличие от описанного изобретения полезность предлагаемого решения состоит в том, что опреснение воды является одним из возможных функционалов системы. И если питающая вода не содержит высокой концентрации йонов солей, то применение мембран обратного осмоса идет с пониженным давлением и большей производительности, что делает заявляемое устройство более универсальным в применении не только для опреснения, но и для обычной очистки пресных вод.
Известно устройство комплексной, многоступенчатой очистки воды, (6) однако данная установка имеет характер станционарного оборудования с высокой производительностью и уступает заявленному изобретению в мобильности и скорости транспортировки.
Известна принятая в качестве прототипа мобильная станция комплексной очистки воды (7). В ней это достигается за счет многоступенчатости и многостадийности фильтрования с использованием совокупности традиционных фильтровальных элементов и блоков, также описанной технической задачей настоящей полезной модели является создание мобильной станции комплексной очистки воды, которая отвечала бы требованиям быстрого развертывания питьевого водоснабжения в любой местности при любой погоде с надежной очисткой воды до питьевого качества из водоисточника с высокой степенью загрязнения и заражения. В применяемой системе не учитываются условия, при которых забор воды может осуществляться из относительно чистых источников, при заборе из которых не следует применять весь комплекс фильтрующих элементов, что отразится на скорости производства чистой воды. Также в данной модели не проработан комплекс автоматического отслеживания работы всех систем и возможность проведения быстрого ремонта и замены компонентов.
Целью предлагаемого изобретения является способность установки комплексной водоочистки универсальной мобильной автоматизированной не только принимать, очищать воду до уровня требований СанПиН 2.1.4.1074-01, но и транспортировать полученную воду, как по автодорогам, так и по бездорожью. Предлагаемая установка способна произвести до 18000 литров чистой питьевой воды в сутки, а также транспортировать 1200 литров на собственной базе. Кроме того, в предлагаемой установке есть возможность переключать потоки и не задействовать те фильтрующие элементы, необходимость в которых отсутствует. Произведена полная автоматизация в работе системы, а также заложена возможность быстрого ремонта благодаря модульной замене неисправных компонентов.
Поставленная цель достигается тем, что установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная, смонтированная внутри утепленного обогреваемого обитаемого кузова-фургона, установленного на автошасси высокой проходимости, состоит из модулей водоподготовки, водоочистки и модуля автоматического управления и контроля, при этом модуль водоподготовки включает в качестве средств для забора воды два насоса напорной подачи воды, соединенные по воде с колонной аэрации, работающей на озоне, дозируемом системой Вентури, соединенной с системой мембранной фильтрации, оснащенной половолоконными микрофильтрами и ультрафильтрационными мембранами, и затем с накопительным баком; модуль водоочистки содержит установленные последовательно накопительный бак с добавлением ингибитора и биоцида, систему очистки обратного осмоса, минерализатор и ультрафиолетовую лампу; модуль автоматического управления и контроля содержит систему самоподстройки программ по управлению оборудованием в зависимости от условий эксплуатации всей системы и отдельных ее частей, а также установленные последовательно системы контроля за забором, переработкой, производством питьевой воды, в том числе контроль за ее рН уровнем, и систему экспресс-анализа чистоты произведенной воды. При этом модули можно использовать как в комплексе, так и автономно,
Накопительный бак можно использовать для промывки всей установки или отдельных ее частей.
Схема на фиг. 1 показывает принципиальную модель работы предлагаемой установки по очистке питьевой воды, которая состоит из основных модулей:
1. Модуль водоподготовки:
- Забор воды с поверхностного либо подземного источника. Для этого используются два насоса (1), общей производительностью от 2 т/ч и выше, при давлении воды в системе 2-3 бара. Необходимость в использовании двух насосов определяется наличием системы Вентури для дозирования озона (4) в систему. Применяемый механический дозатор работает только при определенном давлении на входе и отсутствии препятствия на выходе потока. Поэтому второй насос (1) нужен для разрежения давления жидкости на пути от системы Вентури, что позволяет беспрепятственно дозировать озон в систему. Исходная вода с поверхностного либо подземного источника подается в колонну аэрации.
- Подача озона из генератора озона (3) через встроенную систему Вентури (4) в колонну аэрации (5) необходима для обеззораживания, осветления, перевода железа из Fe+2 в Fe+3 поступившей исходной воды. Отличительная особенность базового модуля водоподготовки состоит в том, что он содержит колонну аэрации (5), которая, к тому же, подпитывается не обычным воздухом, а подаваемым по специальной схеме для нее озоном. Таким образом, решается проблема не только доокисления растворенного в воде железа (с последующим его осаждением), но и происходит первичная стерилизация воды.
Затем первично стерилизованная вода подается в систему мембранной фильтрации.
- Прохождение воды через систему мембранной фильтрации:
а) предварительные фильтры (2), оснащенные половолоконными микрофильтрами, очистка от крупной взвеси;
б) ультрафильтрационные мембраны (6) с диаметром пор 0,01 микрометр. Задерживаемая молекулярная масса ультрафильтрационных мембран не превышает 30000 Да.
- Далее идет разделение, часть воды (около 10%) уходит в дренаж, вымывая отфильтрованную взвесь, остальная часть (около 90%) идет в накопительный бак (7). Модуль водоподготовки может работать автономно от модуля водоочистки и выдавать очищенную воду потребителю, если состав воды не требует дополнительной очистки, как, например, очистка от механических примесей и удаление других микроэлементов. Чаще такое возможно при заборе воды из глубинных скважин. В таком случае накопительный бак (7) является емкостью очищенной воды. В случае работы установки в комплексном режиме накопительный бак (7) является буферной емкостью фильтрованной воды между модулем водоподготовки и водоочистки обратным осмосом.
Накопительный бак (7) служит для следующих основных целей:
- является емкостью очищенной воды при автономной работе модуля водоподготовки;
- является буферной емкостью фильтрованной воды между модулем водоподготовки и водоочистки обратным осмосом;
- является емкостью исходной воды при автономной работе модуля водоочистки, благодаря возможности непосредственного поступления воды в него из источников;
- используется для обработки воды ингибитором и биоцидом, добавляемым из емкости ингибитора и биоцида (8) при работе системы и ее промывке;
- используется как накопитель при обратной промывке ультрафильтрационных мембран;
- используется для замкнутого контура при химической промывке системы обратного осмоса.
2. Этап водоочистки
Базовый модуль водоочистки содержит установленные последовательно накопительный бак (7) фильтрованной или исходной воды с добавлением ингибитора и/или биоцида из емкости хранения ингибитора и биоцида (8), мембраны обратного осмоса (10), ультрафиолетовую лампу (12) и минерализатор (11).
- Подача воды на систему обратного осмоса производится многоступенчатым насосом (9) под давлением 8-15 бар, при скорости потока от 2 т/ч и выше. (Примечание: параметры давления и скорости потока рассчитаны для трех мембран ULP4040 и могут отличаться в зависимости от типа установленных мембран, их количества, размеров, состава и температуры воды и прочих условий). Размер пор мембраны - 0,0003 мкм. Это позволяет удалять такие вещества, как ионы тяжелых металлов, растворенные соли, бактерии, вирусы, коллоиды, органические частицы и т.д.
- Поток разделяется на дренаж и чистую воду, в нормальных условиях при работе трех мембран ULP4040 соотношение потоков составляет 50%/50%, но может отличаться при отличных параметрах по ОС фильтрам и составу воды.
- Поток чистой воды проходит через минерализатор (11), содержащий полезные минералы для восполнения рН среды и восстановления показателя минерализации.
- На финальной стадии вода проходит через ультрафиолетовую лампу (12) (далее УФ лампа), где происходит его дополнительное обеззараживание.
Далее очищенная вода подается потребителю.
Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная состоит из базовых модулей: модуль водоподготовки, модуль водоочистки, модуль автоматического управления и контроля (13). Модули работают в комплексе, однако в случае необходимости могут легко отсоединяться и отключаться и работать автономно. Работа установки подконтрольна оператору автоматического управления. При необходимости возможно отключение нефункциональных в определенной ситуации компонентов модуля или замена любого их трех модулей на новый, что позволит продолжить работу, не останавливаясь на выявлении причин выхода из строя того или иного компонента модуля. Модульный принцип сборки позволяет упростить эксплуатацию установки. У операторов отпадает необходимость замены того или иного компонента модуля, труб, ремонта протечек, ремонта электрических схем и так далее. При замене модуля целиком не происходит задержек в работе установки, при этом обслуживание модулей с последующим устранением неполадок полностью возлагается на сервисные центры.
Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная монтируется на базе внедорожника УАЗ-Карго, отечественного производителя, и имеет максимальную мобильность при работе с ней. Отличие от контейнерных аналогов в том, что часть систем, таких как система обогрева оборудования в зимний период, доступ к топливу для бензогенератора при автономной работе, доступ к электрогенератору автомобиля для работы оператора и отслеживания системы при перевозке, дает дополнительные преимущества при эксплуатации всей системы. Также мобильность в полевых условиях повышается, так как не требуется времени для инталляции оборудования. Таким образом, от момента прибытия на место до производства чистой воды проходит не более 5 минут (аналогичные контейнерные станции затрачивают более 30 минут).
Базовый модуль автоматического управления и контроля заявляемой установки оснащен не только элементами контроля за правильной работой оборудования комплекса и отслеживания качества производимой воды, но и включает систему самоподстройки программ по управлению оборудованием в зависимости от условий эксплуатации всей системы, а именно: 1) меняет частоту вращения насосов; 2) следит за скоростью заполнения емкостей; 3) оценивает время для производства заданного объема готовой воды; 4) включение-выключение конкретного вида оборудования. Автоматизация и программное обеспечение имеют ряд расширенных возможностей. Подстройка программы и режимы работ возможны для разных составов воды с разными показателями. Режимы автоматической работы позволяют отключать ненужные компоненты модулей и подключать дополнительные датчики в случае такой необходимости. Оператор автоматического управления системы производит постоянный сбор статистических данных с каждого датчика системы. История данных по предыдущей работе системы позволяет лучше оценить степень износа оборудования и фильтрующих элементов, что дает возможность продлить эксплуатацию того или иного элемента и заранее оценить нагрузку на новые компоненты. Также анализ статистических данных позволяет задать более точные данные на автоматический режим работы, чтобы либо снизить нагрузку на те, или иные элементы системы, либо увеличить производительность чистой воды.
Базовый модуль автоматического управления и контроля установки комплексной водоочистки универсальной мобильной автоматизированной укомплектован дополнительными датчиками для экспресс-анализа. Заявляемая установка способна проводить экспресс анализ чистоты произведенной воды по пяти базовым параметрам:
- рН,
- Содержание хлора,
- Общая минерализация,
- Содержание нефтепродуктов,
- Мутность.
Подобный анализ проводится системой автоматического управления и контроля установкой автоматически и, как следствие, дает обратную связь оператору о качестве производимой воды. В случае загрязнения воды система сигнализирует об ошибке и останавливает работу, таким образом, производится дополнительный контроль за качеством воды в соответствие с СанПиН 2.1.4.1074-01.
Особое отличие базового модуля автоматического управления и контроля еще и в том, что идет особый контроль за рН уровнем конечной воды и ее конечной минерализации. Данные показатели воды необходимы, так как после обычной очистки обратным осмосом рН готовой воды может сильно понижаться (<6) и не соответствовать требованиям СанПиН питьевой воды, а число полезных минералов, хоть и не нормируется, но остается желательным для сохранения полезного состава готовой питьевой воды.
Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная предназначена для получения чистой питьевой воды из подземных, наземных и коммунальных источников. Предлагаемое техническое решение обладает повышенной мобильностью, скоростью работы, простотой эксплуатации; осуществляет автоматическую промывку системы, которая задается и управляется оператором; осуществляет контроль за качеством произведенной воды.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №122086 от 20.11.2012 года, C02F 1/78.
2. Патент РФ №2228916 от 20.05.2004 года, C02F 1/78.
3. Патент РФ №2473472 от 27.01.2013 года, C02F 9/12.
4. Патент РФ №2225243 от 10.03.2004 года B01D 24/10, B01D 24/38.
5. Международная заявка № WO 2008121030 от 09.10.2008 года C02F 1/44, B01D 61/10.
6. Патент РФ №2524939 от 10.08.2014 года, C02F 9/12, C02F 1/28, C02F 1/32.
7. Патент РФ на полезную модель №94570 от 27.05.2010 года, C02F 9/00.