Гидродинамическая установка доочистки водопроводной питьевой воды
HYDRODYNAMIC PLANT FOR POST-TREATMENT OF TAP DRINKING WATER

Изобретение относится к экологии и предназначено для обработки (обеззараживания и очистки) технической водопроводной воды в жилых и/или общественных зданиях, показатель загрязненности которой по химической и бактериологической потребности кислорода (ПЗ=ХПК+БПК) превышает установленные Госсанэпиднадзором нормы для питьевой воды. Водопроводная вод плохо очищается на заборных водоподготовительных станциях (ВПС), загрязняется при транспортировке по трубопроводам от ВПС до жилых и/или общественных зданий, и использовать ее в качестве питьевой опасно для здоровья.
2
Известна гидродинамическая установка (ГДУ, патент RU №2611500) для обеззараживания и очистки чистым газообразным кислородом слабо загрязненной сточной воды (ПЗ≤1,5 г/л), сбрасываемой из очистных сооружений в естественные и искусственные водоемы, в которой сточную воду обрабатывают гидродинамикой без применения химических веществ, УФ-облучения, микрофильтрации. Эта ГДУ содержит последовательно монтированные рабочий насос с давлением на выходе Р=10 кг/см, конфузор, цилиндрическую камеру (кавитационное устройство) с системой вдува из внешнего источника (из баллона с давлением до 150 ата) чистого газообразного кислорода.
Известная ГДУ при очистке и обеззараживании на ВПС всего объема водопроводной воды до норм Госсанэпиднадзора питьевой воды не обеспечивает ее качества на входе в жилые и общественные здания, потому что вода при многокилометровой транспортировке от ВПС до потребляющих ее зданий загрязняется микроорганизмами и материалами разрушающихся водопроводных труб.
Водопроводные трубы от ВПС до жилых и общественных зданий обеззараживают растворением в водопроводной воде хлора в количестве сверх ее показателя загрязненности (ПЗ) в источнике, который в зданиях вместе с питьевой водой попадает в организм человека и вызывает многочисленные болезни.
При кипячении (приготовлении пищи) хлорированной водопроводной воды образуются диоксины (экотоксиканты, обладающие мутагенным, иммунодепрессантным, канцерогенным, тератогенным, эмбри-отоксическим действием), которые плохо расщепляются, накапливаются в организме человека, вызывают различные болезни, приводят к бесплодию.
В хлорированной воде образуется также диоксид хлора, который окисляет железо и марганец (разрушает водопроводные трубы), поэтому водопроводная вода всегда загрязнена железом.
Хлорсодержащие вещества образуют также фенолы, придающие питьевой воде неприятный запах.
Применяемые кухонные установки для фильтрации части водопроводной воды, отбираемой для питья, улавливают только крупные частицы, мало эффективны, дороги и неудобны в эксплуатации, требуют частой смены фильтров, не удаляют растворенных веществ, диоксинов, хлора, не обеззараживают воду.
Все применяемые технологии и установки не обеспечивают требуемого качества очистки водопроводной воды, подаваемой в жилые и общественные здания, чтобы использовать ее в качестве питьевой, поэтому Роспотребнадзор занижает ПЗ воды, штрафует владельцев водопроводов, которые незаконно включают штрафы в стоимость водопроводной воды населению. Администрации регионов переводят эти штрафы в свой бюджет и используют для собственных нужд (население оплачивает и подачу ему загрязненной воды в жилые и общественные здания, и штрафы за ее плохую очистку (?!), хотя, согласно ст. 7.23 КоАП, не обязан оплачивать подачу загрязненной воды).
Известные ГДУ с чистым кислородом не применяют на ВПС, т.к. это экономически нецелесообразно из-за больших энергетических затрат на ненужное обеззараживание и очистку до норм питьевой воды всей водопроводной воды (подаваемая в жилые и общественные здания водопроводная вода в основном используется на технические цели, не требующие ее очистки до норм питьевой воды).
Эффективность очистки ГДУ зависит от температуры воды - пониженная температура замедляет химические реакции окисления загрязняющих веществ и требует увеличения времени их соприкосновения с кислородом в дезинтеграторе (переход электронов из атомов одних веществ в атомы других, Глинка Н.Л. Общая химия, 1965 г), поэтому для более холодной воды требуется более длинный дезинтегратор, большее количество кислорода, более высокое давление обрабатываемой воды за рабочим насосом.
2
Для использования в качестве КСГ атмосферного воздуха (содержание кислорода ~21%) необходимо применять насосы с высоким давлением на выходе Р=(40±5) кг/см, чтобы обеспечить объемное газосодержание потока обрабатываемой загрязненной водопроводной питьевой воды δ=0,11-0,4 (для предотвращения его «снарядного» течения в цилиндрической камере дезинтегратора). Это давление необходимо для сжатия микропузырьков атмосферного воздуха до R≤100 мкм, чтобы обеспечить безкавитационный монодисперсный газожидкостный микропузырьковый поток в дезинтеграторе с продолжительностью соприкосновения загрязненной воды и газообразного кислорода в нем не менее τ=0,1-0,2 с.
Предложенная ГДУ обеззараживания и очистки водопроводной воды, загрязненной по ПЗ≤1,0 г/л, атмосферным воздухом устраняет недостатки опубликованных прототипа и аналогов и отличается от них наличием следующих систем и агрегатов, указанных в независимом п. 1 формулы изобретения:
- источником сжатого атмосферного воздуха для вдува в дезинтегратор (вместо чистого кислорода);
3
2
- рабочим насосом с расходом Q=(20-60) м/час и давлением на выходе Р=(20±5) кг/см, прокачивающим потребляемое зданием суточное количество питьевой воды через дезинтегратор;
- конфузором длиной L=(0,1-0,15) м и диаметром d=(0,02-0,04), обеспечивающим увеличение скорости потока воды до W≥10 м/с, который установлен перед дезинтегратором;
2
5
6
4
б
к
cp
ср
e
e
- дезинтегратором, который имеет длину L=(4-6) м и диаметр d=(0,02-0,04) м и соединен через через дозирующее устройство и редуктор постоянного давления с источником сжатого атмосферного воздуха с возможностью ускорения и повышения очистительного эффекта гидродинамических процессов преобразованием жидкостного потока воды в газожидкостный микропузырьковый поток путем подачи в него атмосферного воздуха, а также с возможностью обеспечения следующих ключевых параметров потока: статического давления воды на входе в дезинтегратор Р=(20±5) кг/см; концентрации кислорода в потоке воды в сечении ввода атмосферного воздуха С=(1±0,1) г/л, средней скорости потока по длине дезинтегратора W=(12-25) м/с, среднего объемного газосодержания воды δ=0,19-0,2; при продолжительности соприкосновения воды и парогазовых пузырьков τ=(0,2-0,4) с; среднего радиуса газовых пузырьков в газожидкостном монодисперсном потоке R=(30-70) мкм; критерия Рейнольдса R=1,7×10-7,2×10; критерия Вебера W=2,4×10-1,9×10.
При необходимости предложенная ГДУ может быть дополнительно оснащена (частные случаи, указанные в зависимых п. 2-1 формулы и возникающие по требованиям в ТЗ Заказчика):
- системой отбора части загрязненной водопроводной воды, подаваемой в здание, в количестве, не менее суточного количества питьевой воды, потребляемой зданием, обеспечивающей отсутствие кавитации рабочего насоса ГДУ при требуемом расходе и давлении воды на входе в рабочий насос;
- емкостью-дехлоратором, удаляющей из отобранного количества водопроводной воды хлор, растворенный в ней на ВПС для обеззараживания водопроводных труб от ВПС до здания, и оставшийся неиспользованным, которую монтируют перед рабочим насосом (в зависимости от количества хлора, растворенного в водопроводное воде, по ТЗ Заказчика);
- бойлером косвенного нагрева отобранной из водопровода загрязненной воды в «емкости-дехлораторе» для облегчения ее очистки в дезинтеграторе (в зависимости от температуры в здании нахождения ГДУ и от ПЗ водопроводной воды - по ТЗ Заказчика);
- емкостью-дегазатором, удаляющей из обеззараженного и очищенного суточного количества питьевой водопроводной воды газы и нерастворимые частицы, образующиеся в результате ее очистки в дезинтеграторе атмосферным воздухом, и охлаждающей ее до Т=(10-15)°С;
- емкостью-накопителем суточного количества питьевой воды, монтированной в верхнем промышленном этаже здания (для упрощения и удешевления системы подачи питьевой воды потребителям);
- бойлером косвенного охлаждения очищенной в дезинтеграторе питьевой воды для ее охлаждения в емкости-дегазаторе перед подачей потребителям в здании;
- системой подачи обработанного суточного количества питьевой воды из емкости-дегазатора (емкости-накопителя) потребителям в здании по отдельным трубопроводам с отдельными агрегатами измерения и управления подачей (параллельной системе подачи технической водопроводной воды).
- не окисляющимся материалом агрегатов системы подачи потребителям в здании от ГДУ питьевой воды (нержавеющей сталью и/или пластмассой).
ГДУ монтируют в здании вместе с линией подачи из нее потребителям только питьевой воды (параллельно линии подачи водопроводной воды).
Предложенная ГДУ соответствует требованиям п. 3.2.4.3 «Правил...» заявки на изобретение.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлена схема предложенной ГДУ для получения экологически чистой питьевой воды из загрязненной хлором и растворенными вредными веществами водопроводной воды в жилых и/или общественных зданиях, в которой емкость-дехлоратор и емкость-дегазатор монтированы на первом этаже здания (в пристройке к нему, или в его подвале), а емкость-накопитель изготовленной питьевой воды на верхнем (промышленном) этаже здания, где:
1. Трубопровод подвода холодной воды из водопровода здания к ГДУ.
2. Управляемый электроклапан подсоединения ГДУ к водопроводу холодной воды в здание.
3. Емкость-дехлоратор отобранной холодной водопроводной воды для переработки ее в питьевую.
4. Бойлер косвенного нагрева дехлорированной водопроводной воды в емкости-дехлораторе.
5.1. Трубопровод подвода горячей воды (отопление или горячая вода) к бойлеру косвенного нагрева.
5.2. Трубопровод отвода горячей воды от бойлеров косвенного нагрева и охлаждения.
6. Рабочий насос.
7. Расходомер.
8. Конфузор.
9. Дезинтегратор.
10. Механическая задвижка (для настройки систем ГДУ при гидропроливках).
11. Емкость-дегазатор обработанной в дезинтеграторе питьевой воды.
12. Бойлер косвенного охлаждения питьевой воды в емкости-дегазаторе.
13. Трубопровод подвода холодной воды к бойлеру косвенного охлаждения емкости-дегазатора.
14. Конусное днище емкости-дегазатора (конус-уловитель нерастворимых частиц).
15. Управляемый электроклапан подсоединения емкости-дегазатора к системе сточной воды здания.
16. Система сточной воды жилого и/или общественного здания.
17. Насос подачи (откачки) питьевой воды из емкости-дегазатора потребителям.
18. Счетчик потребления питьевой воды (у каждого индивидуального потребителя в здании).
19. Ручной кран подачи питьевой воды (у каждого индивидуального потребителя в здании).
20. Обратный клапан на закольцовке питьевой воды из выхода на вход в насос подачи питьевой воды
21. Источник электроэнергии.
22. Датчик давления нагретой водопроводной воды на входе в дезинтегратор.
23-26. Манометры визуального контроля давления воды при настройке и работе ГДУ.
27-28. Датчики-сигнализаторы max и min уровня питьевой воды в емкости-дегазаторе.
29. Трубопровод подачи питьевой воды в насос откачки.
30. Таймер времени открытия-закрытия электроклапана слива отстоя из емкости-дегазатора.
31. Источник сжатого атмосферного воздуха (компрессор).
32. Управляемый электроклапан подачи сжатого воздуха в дезинтегратор.
33. Редуктор давления подачи сжатого атмосферного воздуха в дезинтегратор.
34. Шайба-дозатор расхода сжатого атмосферного воздуха в дезинтегратор.
35. Преобразователь частоты электротока питания рабочего насоса.
36. Термометр нагрева холодной водопроводной (технической) воды в емкости-дехлораторе.
37. Датчик-сигнализатор max уровня питьевой воды в емкости-дехлораторе.
38. Система управления работой агрегатов ГДУ.
39. Управляемый электроклапан сообщения с атмосферой емкости-дехлоратора.
40. Управляемый электроклапан сообщения с атмосферой емкости-дегазатора.
41. Управляемый электроклапан на трубопроводе подачи водопроводной воды в рабочий насос.
42. Управляемый электроклапан подачи атмосферного воздуха в коллектор барботажа емкости-дехлоратора.
43. Воздушный коллектор барботажа атмосферного воздуха на дне емкости-дехлоратора.
44. Емкость-накопитель питьевой воды на промышленном этаже здания.
45. Управляемый электроклапан на трубопроводе заправки емкости-накопителя питьевой воды.
46. Обратный клапан сброса газа из емкости-накопителя при ее заправке питьевой водой.
47. Обратный клапан поступления атмосферного воздуха в емкость-накопитель при отборе питьевой воды потребителями.
48. Конусное днище емкости-накопителя (конус-уловитель нерастворимых частиц).
49. Управляемый электроклапан подсоединения емкости-накопителя к системе сточной воды.
50. Датчик-сигнализатор max уровня питьевой воды в емкости-накопителе.
51. Датчик-сигнализатор min уровня питьевой воды в емкости-накопителе.
52. Редуктор давления атмосферного воздуха, подаваемого для дехлорации водопроводной воды.
53. Вытяжной электровентилятор на емкости-дехлораторе.
54. Управляемый электроклапан на трубопроводе подачи горячей воды в бойлер нагрева.
55. Управляемый электроклапан на трубопроводе подачи холодной воды в бойлер охлаждения.
56. Управляемый электроклапан подачи сжатого воздуха в емкость-дехлоратор.
57. Управляемый электроклапан подачи сжатого воздуха в емкость-дегазатор.
Для обработки части водопроводной воды (получения из нее питьевой воды) ГДУ устанавливают на входе в жилое и/или общественное здание таким образом, чтобы вход в ее рабочий насос 6 был соединен трубопроводом 1 с водопроводом подачи холодной воды в здание через управляемый электроклапан 2 и емкость-дехлоратор 3, помещенную в проточный бойлер 4 косвенного нагрева до температуры Т=+(25-75)°С, которые предназначены для отбора и подготовки загрязненной водопроводной воды в количестве не менее суточного потребления питьевой воды.
Емкость-дегазатор 11 помещена в проточный бойлер 12 косвенного охлаждения воды до температуры Т=+(10-15)°С и имеет конусное днище (конус-уловитель 14) с отверстием, соединенным через управляемый таймером 30 и системой управления 38 электроклапан 15 с системой отвода 16 сточной воды из здания, которые предназначены для циклического (суточного) отстоя полученной в дезинтеграторе питьевой воды и удаления из нее нерастворимых частиц вместе с водой в объеме конуса-уловителя 14.
Перед нагревом отобранную водопроводную воду дехлорируют в сообщенной с атмосферой цилиндрической емкости-дехлораторе 3 закруткой по ее стенке при заполнении, и ~ 12-ть часовой выдержкой под атмосферным давлением. Для улучшения дехлорации в воду в емкости-дехлораторе 3 подают из коллектора 43, монтированного на ее дне, через мелкие отверстия атмосферный воздух (барботаж)
Время выдержки уточняют экспериментально (в зависимости от количества растворенного в водопроводной воде хлора и количества воды в емкости-дехлораторе 3). Для улучшения и ускорения дехлорации в верхней части емкости-дегазатора 3 может быть монтирован вытяжной электровентилятор 53, создающий в газовой подушке емкости-дехлоратора 3 давление меньше атмосферного.
После дехлорации водопроводную воду нагревают и выдерживают под температурой ~ 12-ть часов в емкости-дехлораторе 3, чем в значительной степени обессоливают (уменьшают жесткость питьевой воды отсадкой накипи на стенках емкостей и трубопроводов), что повышает качество питьевой воды.
Производительность и характеристики агрегатов ГДУ определяют расчетами по указанным Заказчиком в техническом задании (ТЗ) условиям эксплуатации ГДУ (ожидаемый суточный объем потребления питьевой воды, загрязнение и температура подводимой к зданию холодной водопроводной (технической) воды, температура подаваемой в здание горячей воды, используемой для нагрева воды в емкости-дехлораторе 3, количество потребителей и уровень их нахождения по высоте относительно ГДУ).
3
3
3
Объем потребляемой питьевой воды в сутки определяют по количеству находящихся в здании потребителей и по медицинским нормам (1-1,5 литра в сутки на человека зимой, 3-3,5 литра в сутки летом), и корректируют его в процессе эксплуатации ГДУ. Например, для 100 квартирного здания с прописанными в каждой квартире в среднем тремя жильцами требуется в сутки не более V≤(1,0-3,5) м питьевой холодной воды, в то время как на бытовые нужды этому зданию требуется V ~ (100-350) м водопроводной (не питьевой, технической) холодной воды. Объемы емкости-дехлоратора 3 и емкости-дегазатора 11 должны быть не менее суточного расхода питьевой воды (3,5 м), или быть кратными ему, т.е. быть равным 2-х, 3-х, и т.д. суточному ее запасу.
Емкость-дехлоратор 3 и емкость-дегазатор 11 могут быть соединены через управляемые электроклапаны 56 и 57 с источником сжатого атмосферного воздуха 31 для их наддува, если примененные типы насосов 6 и 17 этого требуют.
Температуру нагрева водопроводной воды в емкости-дехлораторе 3 бойлером 4 (после ее дехлорирования) определяют и назначают по виду и количеству растворенных в ней солей, веществ, и уточняют экспериментально во время настройки ГДУ на конкретную водопроводную воду. Периодичность химической и/или механической очистки внутренних стенок емкости-дехлоратора 3 и емкости-дегазатора 11 от отложений (накипи), необходимость применения устройств, предотвращающих образование накипи, определяют и назначают в каждом конкретном случае применительно к имеющимся условиям и воде.
Бойлер нагрева 4 может быть выполнен в виде автономного электробойлера с тэнами-нагревателями, подсоединенными к источнику электроэнергии 21 (если в здание не подается горячая вода и/или здание оснащено электрообогревом, а также в летнее время, не требующее отопления) через систему управления 38. Электробойлер 4 может быть совмещен с емкостью-дехлоратором 3.
Бойлер 4 косвенного нагрева холодной водопроводной воды в емкости-дехлораторе 3, агрегаты и трубопроводы ГДУ между емкостью-дехлоратором 3 и емкостью-дегазатором 11, могут быть теплоизолированы от окружающей атмосферы (на Фиг. 1 теплоизоляция не указана).
В случае нагрева водопроводной воды в емкости-дехлораторе 3 электробойлером 4 с тэнами-нагревателями, бойлер 4 для экономии электроэнергии может быть соединен с бойлером охлаждения 12 обработанной питьевой воды. В этом случае нагретая (при охлаждении питьевой воды) водопроводная вода охлаждения емкости-дегазатора 11 из бойлера охлаждения 12 сбрасывается в бойлер электронагрева 4 емкости-дехлоратора 3 по трубопроводу 5.2 и далее нагревается до требуемой температуры электротэнами в электробойлере 4.
Агрегаты предложенной ГДУ изготовлены из неокисляющегося материала (из нержавеющей стали и/или из пластмассы). ГДУ вмонтирована в систему водопровода непосредственно перед каждым жилым и/или общественным зданием, соединена с потребителями отдельными от общего водопровода трубопроводами, и оснащена:
- блоком дехлорации и нагрева до Т=+(20-75)°С водопроводной воды, подвода ее к рабочему насосу 6, состоящим из последовательно установленных управляемого электроклапана 2 в трубопроводе 1 отбора воды из водопровода здания в ГДУ, емкости-дехлоратора 3 с датчиком-сигнализатором уровня воды 37, термометром 36, воздушным коллектором 43 с отверстиями диаметром d=(0,1-1,0) мм, соединенным через управляемый электроклапан 42 и редуктор давления 52 с источником сжатого атмосферного воздуха 31. При этом емкость-дехлоратор 3 монтирована в проточном бойлере 4 косвенного нагрева, соединенном трубопроводом 5.1 с системой отопления здания и/или с системой подачи в здание горячей воды через управляемый электроклапан 54. Блок управляется системой 38 путем открытия-закрытия электроклапанов 2, 39, 41, 42, 54, включения-выключения рабочего насоса 6 и подачи атмосферного воздуха из источника 31, по команде от датчиков-сигнализаторов уровня воды 27 и 28 в емкости-дегазаторе 11 при ее заполнении и опорожнении (для циклической подачи в нее очередной порции обработанной в дезинтеграторе 9 водопроводной воды), подачи сжатого атмосферного воздуха в коллектор барботажа 43 при выдержке холодной водопроводной воды в емкости-дехлораторе 3 для удаления из нее растворенного хлора, - отличие от прототипа;
- блоком настройки давления и расхода воды из емкости-дехлоратора 3 в дезинтегратор 9 при гидропроливках ГДУ, управления характеристиками агрегатов ГДУ при ее работе, состоящим из последовательно монтированных расходомера 7, датчика давления 22, преобразователя частоты 35 переменного тока из источника 21 для электродвигателя рабочего насоса 6, задвижки 10. Блок управляет оборотами рабочего насоса 6, т.е. расходом и давлением нагретой воды на входе в дезинтегратор 9 - отличие от прототипа;
- блоком настройки давления и расхода подачи атмосферного воздуха в начало дезинтегратора 9, состоящим из последовательно монтированных источника воздуха 31 (баллона и/или компрессора), ручного крана 32, редуктора давления 33, шайбы-дозатора 34. Блок управляет расходом и давлением воздуха на входе в дезинтегратор 9 - отличие от прототипа;
- блоком обработки атмосферным воздухом нагретой до температуры Т=+(20-75)°С воды, поступающей из емкости-дехлоратора 3, состоящим из рабочего насоса 6 с преобразователем частоты электротока питания, конфузора 7, дезинтегратора 9, блока подачи сжатого атмосферного воздуха в дезинтегратор 9 - отличие от прототипа;
- блоком дегазации и охлаждения питьевой воды до температуры Т=+(10-15)°С, состоящим из емкости-дегазатора 11 с датчиками-сигнализаторами 27 и 28 шах и min уровня питьевой воды в ней, проточного бойлера 12 косвенного охлаждения питьевой воды в емкости-дегазаторе 11, соединенного трубопроводом 13 через управляемый электроклапан 55 с трубопроводом 1 подачи в здание холодной водопроводной воды для охлаждения полученной питьевой воды, и ее сброса в систему возврата использованной горячей воды отопления здания (в обратку), или в систему подачи холодной водопроводной воды в здание, по трубопроводу 5.2. - отличие от прототипа;
- блоком удаления отстоя питьевой воды из емкости-дегазатора 11 в систему сточной воды 16 здания, состоящим из конусного днища 14 (с углом образующей конуса α=(45±25)° емкости-дегазатора 11, таймера 30 и электроклапана 15, управляемых системой управления 38 - отличие от прототипа;
- блоком доставки питьевой воды из емкости-дегазатора 11 потребителям в здании, состоящим из насоса подачи 17 питьевой воды потребителям с обратным клапаном 20 на трубопроводе закольцовки воды с выхода на вход насоса 17 при закрытых ручных кранах 19 расхода питьевой воды потребителям, трубопровода 29, индивидуальных счетчиков потребления 18 питьевой воды, ручных кранов 19. Входной конец трубопровода 29 монтирован на расстоянии (0,1-0,3) м по высоте от начала конусного днища 14 для обеспечения подачи питьевой воды без захвата отстоя питьевой воды в нем - отличие от прототипа;
- блоком управления 38 электроклапанами 2, 15, 32, 39, 40, 41, 42, 54, 55, насосами 6 и 17, вентилятором 53 по сигналам от датчиков 22, 27, 28, 36, 37, таймера 30 - отличие от прототипа.
Подачу в бойлер 4 нагревающей горячей и в бойлер 12 охлаждающей холодной водопроводной воды производят протоком из, соответственно, систем питания здания горячей и холодной технической водой, которую затем используют по назначению (бойлеры задействованы в системы использования холодной и горячей воды по прямому назначению последовательно, поэтому не требуют дополнительных затрат).
Предложенная ГДУ доочистки части водопроводной питьевой воды жилого и/или общественного здания может быть спроектирована и изготовлена как для здания в целом, так и отдельно для каждого его подъезда (при большом количестве подъездов в высотном здании), а также для отдельно стоящего частного дома (коттеджа) или для нескольких частных домов (коттеджей). Предложенную ГДУ монтируют в подвалах зданий-пользователей, или в специальных пристройках к ним (например, в месте расположения подкачивающей системы подачи водопроводной воды и отопления высотных зданий).
Схему и конструкцию ГДУ, характеристики и размеры ее агрегатов, расход и давление подаваемого в дезинтегратор 9 сжатого атмосферного воздуха, гидродинамические параметры газожидкостного потока по длине дезинтегратора 9, рассчитывают при помощи комплексной системы физико-математических зависимостей, разработанной на основе результатов научно-технических исследований авторов, проверяют и настраивают при гидропроливках ГДУ для конкретных условий эксплуатации и конкретной воды.
Угол и высоту конусного днища 14 выбирают в зависимости от диаметра и объема емкости-дегазатора 11 и загрязненности водопроводной холодной воды, отобранной для изготовления питьевой воды.
Емкость-дехлоратор 3 и емкость-дегазатор 11 имеют одинаковый объем, кратный суточному расходу питьевой воды потребителями здания.
Линия обработки воды между емкостью-дехлоратором 3 и емкостью-дегазатором 11 должна быть монтирована с наклоном под углом β=(5-15)° к горизонту в сторону емкости-дехлоратора 3 для предотвращения стекания необработанной в дезинтеграторе 9 технической водопроводной воды в емкость-дегазатор 11 питьевой воды после выключения рабочего насоса 6.
Гидродинамическую обработку загрязненной водопроводной воды, подаваемой в жилое и/или общественное здание в качестве питьевой воды, производят следующим образом.
После изготовления ГДУ проводят ее гидропроливки (вначале без вдува воздуха в дезинтегратор 9, затем с вдувом) на не нагретой воде из источника (водопровода), которыми вручную, с помощью механической задвижки 10, настраивают преобразователь 35 частоты электротока двигателя рабочего насоса 6, по визуальным показаниям расходомера 7 и манометра 24, на обороты его ротора, обеспечивающие требуемый расход и давление воды через дезинтегратор 9, составляют и закладывают в преобразователь 35 программу управления оборотами рабочего насоса 6, обеспечивающую по сигналам датчика 22, автоматическое поддержание настроенного режима его работы по давлению и расходу на выходе.
Перед началом работы ГДУ (промышленного ее использования) открывают электроклапан 2, и по трубопроводу 1 из водопроводной линии здания заполняют емкость-дехлоратор 3 холодной (технической) водой до получения сигнала от датчика-сигнализатора 37 в емкости-дехлораторе 3 (электроклапан 39 открыт, электроклапан 41 закрыт). После заполнения емкости-дехлоратора 3 холодной водопроводной водой, электроклапан 2 закрывают и выдерживают хлорированную воду до удаления из нее растворенного хлора в атмосферу через открытый электроклапан 39 (~ 12 часов).
Для ускорения дехлорации водопроводной воды, в трубопроводе, соединяющем верхнюю часть емкости-дехлоратора 3 с атмосферой, за управляемым электроклапаном 39, монтирован вытяжной вентилятор 53, предназначенный для создания пониженного давления в газовой подушке емкости-дехлоратора 3.
После дехлорации воды, бойлер 4 соединяют с отопительной системой здания (или с системой подачи горячей воды в здание), нагревают протоком горячей воды находящуюся в емкости-дехлораторе 3 водопроводную воду до температуры имеющейся горячей воды Т=+(20-75)°С (контроль по термометру 36), после чего открывают электроклапаны 2 и 41, выдавливают нагретую водопроводную воду из емкости-дехлоратора 3 в рабочий насос 6, одновременно, через систему управления 38 подают напряжение тока из источника 21 на электродвигатель рабочего насоса 6 и на электроклапаны 32 и 40, пропускают нагретую водопроводную воду с требуемыми скоростью, давлением, расходом, через дезинтегратор 9, одновременно подают в него (в дезинтегратор 9) через редуктор постоянного давления 33 и шайбу-дозатор 34 сжатый атмосферный воздух из источника 31, обеззараживают и очищают нагретую водопроводную воду от имеющихся загрязнений, и сливают ее в емкость-дегазатор 11, в которой отделяют и выводят в атмосферу через открытый электроклапан 40 имеющиеся в воде газы (дегазируют воду). Одновременно подают в бойлер охлаждения 12, через управляемый электроклапан 55 по трубопроводу 13. холодную водопроводную воду и охлаждают ею питьевую воду в емкости-дегазаторе 11 до температуры водопроводной воды Т=+(10-15)°С, после чего подают ее потребителям здания насосом 17 через счетчики потребления 18 и ручные краны 19, установленные у каждого индивидуального потребителя.
2
Давление сжатого атмосферного воздуха из источника 31 на входе в дезинтегратор 9 должно быть на ΔР≥(3-5) кг/см больше давления в дезинтеграторе 9, что обеспечивает редуктор давления 33.
ср
В дезинтеграторе 9 вдувом атмосферного воздуха из источника 31 через электроклапан 32, редуктор постоянного давления 33, шайбу-дозатор 34, преобразуют однофазный жидкостный поток загрязненной водопроводной воды в турбулентный двухфазный газожидкостный поток с газовыми пузырьками радиусом R≤(30-70) мкм, повышают скорость потока и производят быстрое (за время τ=(0,2-0,4) секунды) обеззараживание и очистку воды (механическое разрушение клеток микроорганизмов и окисление находящихся в ней растворенных веществ с превращением их в углекислый газ и/или в твердые частицы).
ср
Вышеуказанными условиями в дезинтеграторе 9 создают газожидкостный поток (аналогичный при развитой кавитации насоса) с сопутствующими парогазовыми микропузырьками R≤70 мкм, с ударными волнами, с локальными скачками давления и температуры в месте схлопывания парогазовых микропузырьков, с их резонансным дроблением и соединением, с высоко градиентными разнонаправленными микропотоками вокруг микропузырьков. Комплексное воздействие указанных гидродинамических процессов механически разрушает клетки находящихся в нагретой воде микроорганизмов и значительно повышает скорость химических реакций (окисления) между кислородом и имеющимися в обрабатываемой загрязненной воде примесями.
Система управления 38 включает или выключает насос 17 по сигналу датчиков-сигнализаторов 27-28. Работу насоса 17 можно визуально контролировать по манометру 26. При закрытых ручных кранах 18 у потребителей питьевой воды, насос 17 прокачивает питьевую воду через себя и обратный клапан 20.
После перекачки нагретой водопроводной воды из емкости-дехлоратора 3 в емкость-дегазатор 11 через дезинтегратор 9, выключают рабочий насос 6 (по сигналу от датчика-сигнализатора 27). Во время использования потребителями питьевой воды из емкости-дегазатора 11, автоматически заправляется новой порцией холодной водопроводной воды емкость-дехлоратор 3, выдерживается в ней до выделения и удаления в атмосферу растворенного в воде хлора, после чего нагревается бойлером 4 до температуры Т=(20-75)°С горячей водой из систем здания, подаваемой протоком по трубопроводу 5.1 через управляемый электроклапан 54 (повторяется суточный цикл подготовки и переработки загрязненной водопроводной воды в экологически чистую питьевую).
Потребители дома пользуются днем питьевой водой из емкости-дегазатора 11 через индивидуальные ручные краны 19, объем потребления которой фиксируется индивидуальными счетчиками 18, при этом питьевую воду в емкости-дегазаторе 11 за ночь охлаждают водой в проточном бойлере 12, которую подают из водопровода холодной воды в здании, и сбрасывают в выходной трубопровод отвода 5.2 горячей (отопительной) воды из здания (или в другие удобные системы ее дальнейшего использования). При перекачке воды из емкости-дехлоратора 3 в емкость-дегазатор 11, электроклапан 15 слива закрывают на несколько секунд позже открытия электроклапана 2 и подачи электропитания на рабочий насос 6 для слива первых порций водопроводной воды, не обработанной в дезинтеграторе 9, в систему сточной воды 16.
По команде от датчика-сигнализатора 28 (после опорожнения емкости-дегазатора 11, или по времени срабатывания таймера 30), система управления 38 открывает электроклапаны 15 и 40, остатки питьевой воды и осадок взвешенных нерастворимых частиц из конусного днища 14 требуемое время сливаются в систему сточной воды 16 здания. В это время (короткое время ночью) подача питьевой воды потребителям производится только из трубопроводов здания (самотеком, за счет столба воды).
После слива осадка из конусного днища 14, по сигналу от таймера 30, источник электроэнергии 21 через систему управления 38 подает электропитание на электроклапан 2 и на рабочий насос 6, цикл перекачки нагретой водопроводной воды из емкости-дехлоратора 3 (через рабочий насос 6 и дезинтегратор 9) в емкость-дегазатор 11 автоматически повторяется.
Режим перекачки (работы ГДУ) обеспечивается программой, заложенной в систему управления 38, по сигналам от датчиков-сигнализаторов уровня воды 27, 28, 37 в емкостях 3 и 11, датчика давления 22 перед дезинтегратором 9, термометра 36 в емкости-дехлораторе 3, таймера 30.
В случае не выработки в течение суток воды из емкости-дегазатора 11 (отсутствия сигнала от датчика-сигнализатора 28), перекачка воды из емкости-дехлоратора 3 в емкость-дегазатор 11 осуществляется по команде таймера 30, которая программируется на начало ночного времени (когда отсутствует расход питьевой воды), а слив отстоя воды из конусного днища 14 производится дважды в сутки: первый раз в начале ночи, когда в емкости-дегазаторе 11 осталось мало питьевой воды и когда практически отсутствует ее потребление (перед закачкой новой порции питьевой воды), и второй раз в конце ночи, после закачки новой порции питьевой воды в емкость-дегазатор 11 и нескольких часов ее охлаждения и отстоя (для осаждения и удаления нерастворенных взвешенных частиц из новой порции питьевой воды).
Трубопровод 29 отбора воды из емкости-дегазатора 11 в насос подачи 17 питьевой воды потребителям в здании монтирован на 0,1-0,3 м ниже датчика-сигнализатора min уровня воды 28 в емкости-дегазаторе 11, на 0,1-03 м выше конусного днища 14, и предназначен для отбора воды в насос 17 подачи без захвата отстоя воды из ее конусного днища 14.
На Фиг. 2 представлен вариант ГДУ, в которой блок доставки питьевой воды из емкости-дегазатора 11 потребителям выполнен через емкость-накопитель 44 питьевой воды, монтированной на верхнем техническом этаже здания (или каждого подъезда в здании), подсоединенной к насосу подачи 17 через управляемый электроклапан 45.
В этом варианте насос подачи 17 работает не постоянно, а циклически, только на заполнение емкости-накопителя 45 в каждом здании (подъезде здания) по сигналам от датчиков уровня 50 и 51 в систему управления 38, а к потребителям питьевая вода поступает из емкости-накопителя 44 под действием силы тяжести (самотеком) сверху вниз, через те же счетчики потребления 18 и ручные запорные краны 19 у каждого потребителя (в каждой квартире).
Этот вариант позволяет значительно сократить эксплуатационный расход электроэнергии и изнашиваемость насоса подачи 17 питьевой воды потребителям (по сравнению с первым вариантом где он работает круглосуточно, как насос подкачки водопроводной воды в высотных зданиях). Этот вариант исключает эксплуатационные расходы на насос 17, которые значительно больше разовых затрат на изготовление и монтаж емкости-накопителя 44 и элементов ее обвязки.
Емкость-накопитель 44 в здании (в подъезде здания) оснащена в верхней части двумя обратными клапанами 46 и 47 для стравливания атмосферного воздуха при ее заполнении питьевой водой от насоса подачи 17, и засасывания атмосферного воздуха при расходовании питьевой воды потребителями через открытые ручные краны 19, ее днище 48 выполнено конусным с углом образующей α=(45±25)° для удаления суточного отстоя воды в систему сточной воды 16 здания через управляемый электроклапан 49.
Для профилактического обеззараживания конструкции ГДУ (от управляемого электроклапана 2 до ручных кранов 19) возможна ее кратковременная промывка (например, ежемесячно в течение нескольких минут со сливом в систему сточной воды 16 здания) хлорированной водопроводной водой (без включения в работу насоса 6 и дезинтегратора 9, в течение заранее установленного короткого времени, с сообщением об этом потребителям.
Предложенные технологии и ГДУ:
- обеспечивают потребителей жилых и/или общественных зданий экологически безопасной питьевой водой, увеличивают на 10-15 лет продолжительность их жизни, экономят средства на ненужную обработку всей водопроводной (технической) холодной воды до норм Госсанэпиднадзора по ПЗ питьевой воды, т.к. она (холодная вода) на 99% используется потребителями для технических бытовых нужд, не требующих высокой степени ее обеззараживания и очистки (душ, ванная, туалет, умывальник, мытье посуды, стиральная машина, и т.д.);
- не требуют от потребителей эксплуатационных операций по их обслуживанию, в сумме дешевле кухонных установок по фильтрации только крупных нерастворимых частиц из общего домового водопровода (из технической воды, для ее использования в качестве питьевой), значительно улучшают степень ее обеззараживания и очистки, обеспечивают требуемые Роспотребнадзором нормы;
- могут быть применены для получения экологически безопасной питьевой бутилированной воды для мест, не имеющих водопровода, и для кораблей дальнего плавания.
Только незначительная часть обеспеченных граждан РФ и зарубежных стран пользуется известными дорогими и малоэффективными кухонными установками для фильтрации части загрязненной водопроводной (технической) воды с целью ее использования в качестве питьевой, и вынуждена ежеквартально вызывать мастеров для замены в них дорогих одноразовых малоэффективных фильтров, что не обеспечивает экологической безопасности использования водопроводной воды в качестве питьевой.
Гидродинамические технологии и ГДУ очистки воды, предложенная нами в заявке и в прототипе:
- получены при создании и отработке в 1961-1988 г ЖРД для РН 8К82К (Протон) и РН «Энергия» (Буран) в КБХА г. Воронежа;
- не востребованы до настоящего времени из-за отсутствия отработанных реализующих ее ГДУ;
- улучшат экологию окружающей среды за счет обеззараживания и очистки сточной воды атмосферным воздухом (вместо хлора) перед ее сбросом в природные водоемы;
- позволят использовать сточную воду в сельском хозяйстве для полива растений;
- позволят использовать сточную воду для отопления зданий в ЖКХ, для охлаждения ТЭЦ и АЭС;
- уменьшат заболеваемость населения за счет дехлорации и доочистки части загрязненной водопроводной воды атмосферным воздухом перед ее подачей потребителю в качестве питьевой (в ЖКХ и на предприятиях изготовления пищевых продуктов);
- обеспечат экологически безопасной бутилированной питьевой водой населенные пункты, в которых отсутствует водопровод, корабли дальнего плавания;
- обеспечат армию (и население через МЧС) обеззараженной и очищенной питьевой водой в местах ее заражения противником отравляющими веществами и болезнетворными микроорганизмами.
Экологически безопасные сточная и питьевая вода - основа живой природы. Места их нахождения и количество определяют обитание живых существ на планете Земля.
Предприниматели Белоруссии, Германии, Саудовской Арабской Республики, Объединенных Арабских Эмиратов, Катара, Кипра, Китайской народной Республики, заинтересовались предложенными ГДУ, ждут экспериментального подтверждения их эффективности и лицензий на их производство.
В связи с отсутствием финансов и преклонным возрастом, мы не имеем возможности самостоятельно изготовить, отработать, открыть производство предложенных ГДУ, участвовать в их эксплуатации.
При продаже лицензий, технологий, ГДУ другим государствам, необходимо учитывать политические межгосударственные отношения, что имеет право делать только государство.
Мы намерены выдать разрешения (лицензии, ст. 522 ГК РФ) на использование своих изобретений государству РФ (по Договорам на право пользования своей интеллектуальной собственностью в части ее совместного патентования в других странах, совместного изготовления ГДУ в Воронеже и их эксплуатации в Воронежской области, совместной продажи их за рубеж, совместной их модернизации), поэтому просим ФИПС оказать предусмотренное Законами РФ содействие (например, через Правительства РФ) в государственном внедрении предложенных ГДУ в РФ и за рубежом.
Просим сообщить: Ваши возможные содействия; что необходимо нам сделать для их начала; какие освобождения от налогов и каким образом мы по Законам РФ имеем право получить и как это сделать, т.к. для ускорения внедрения придется совмещать отработку наших ГДУ с их эксплуатацией.
Продажа лицензий на изготовление ГДУ и изготовленных в Воронеже ГДУ по нашим патентам может внести значительный вклад в оздоровление России, в увеличение ее политического влияния в международном сообществе (тем более в период американских санкций), в увеличение государственного национального дохода.
3
Экспериментальная ГДУ (ЭГДУ) производительностью 50 м/час для очистки сточной воды в О АР изготавливается нами в Воронеже на инвестиции предпринимателей Белоруссии. Испытания ЭГДУ по патенту RU №2611500, по заявке №2018102407, по настоящей заявке, намечены на лето 2018 г.