УСТАНОВКА ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ БАССЕЙНОВ ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ МОРСКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Полезная модель относится к установкам очистки и обеззараживания морской воды или подсоленной пресной, и может быть полезна в использовании в системах очистки и обеззараживания воды бассейнов для содержания и демонстрационных представлений морских млекопитающих в условиях замкнутого бассейна в дельфинариях и океанариумах.
Известны различные установки очистки воды замкнутых бассейнов для содержания морских млекопитающих. Распространена установка с рециркуляционной физико-химической схемой очистки воды (Серпокрылов Н.С., Кожин С.В. Обоснование требований к качеству воды в дельфинариях и бассейнов для морских млекопитающих. - Строительство 2011: Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2011 г. - С.12-15). Данная схема характеризуется окислением вносимых дельфинами загрязнений дезинфицирующими веществами, их связыванием коагулянтами и очисткой фильтрованием на механических зернистых фильтрах. Для увеличения эффективности обеззараживания рН воды в бассейне поддерживается в пределах 7,2÷7,4. Такая схема используется в большинстве дельфинариев по всему миру и позволяет добиться удовлетворительных условий для содержания морских млекопитающих, что подтверждается постоянной рождаемостью детенышей китообразных.
Однако, рециркуляционная физико-химическая схема очистки воды имеет следующие недостатки. Для исключения возможности заражения животных вода должна быть бактерицидной, для чего поддерживается постоянная остаточная концентрация дезинфицирующего вещества, которая при применении гипохлорита натрия составляет 0,3÷0,8 мг/л. Такие дозы отрицательно сказываются на желудочно-кишечном тракте животных, что нормировано ветеринарами. Применение хлорсодержащих веществ в бассейне с постоянным внесением продуктов жизнедеятельности животных приводит к накоплению хлораминов, которые отрицательно сказываются на здоровье животных. Для снижения мутности воды в воду бассейна для содержания морских млекопитающих добавляют коагулянты, концентрации которых также необходимо сводить к минимальным. Высокая эффективность обеззараживания воды достигается только при постоянной коррекции рН воды, что не всегда соблюдается на практике.
Указанные недостатки в значительной степени удается ликвидировать при применении в качестве дополнительного метода обеззараживания установок ультрафиолетовой обработки воды (СанПиН 2.1.2.1188-03 "Проектирование, строительство и эксплуатация жилых зданий, предприятий коммунально-бытового обслуживания, учреждений образования, культуры, отдыха, спорта. Плавательные бассейны. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды. Контроль качества". - М.: Мин. здрав. РФ, 2003. - 18 с.).
Установки ультрафиолетового обеззараживания воды при применении раствора гипохлорита натрия позволяют снизить остаточную концентрацию хлора в чаше бассейна до 0,1÷0,3 мг/л без снижения эффективности обеззараживания воды. К тому же при применении ультрафиолетовых установок удается снизить остаточную концентрацию связанного хлора, что благоприятно сказывается на здоровье животных. Для снижения расхода коагулянта реагент вводят перед зернистыми фильтрами, на которых происходит процесс контактной коагуляции. Установка с рециркуляционной физико-химической схемой очистки воды с применением раствора гипохлорита натрия в качестве основного дезинфицирующего вещества и установки ультрафиолетовой обработки воды в качестве дополнительного физического метода обеззараживания является наиболее близкой по совокупности существующих признаков к заявляемой полезной модели.
Наиболее близкой является установка (Васильев В.Н. Содержание черноморской афалины в условиях замкнутого бассейна // Аквариум как средство познания мира: Материалы пятой междунар. науч. практ. конф. Москва, 9-10 февраля 2008 - М.: ЕАРАЗА, 2008. - С.6-11.), включающая чашу бассейна и гидравлический циркуляционный контур, содержащий узлы отведения воды из чаши бассейна и подачи очищенной воды, трубопровод забора воды на очистку, предварительный фильтр грубой очистки (волосоуловитель), циркуляционный насос, трубопровод подачи воды на очистку, сверхскоростной напорный зернистый фильтр, дозирующие насосы для подачи растворов гипохлорита натрия, реагентов коррекции рН и коагулянта, лампы обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением, трубопровод возврата очищенной воды в чашу бассейна, трубопровод отведения промывной воды в канализацию.
Однако данная установка имеет следующие недостатки.
Во-первых, остаточную концентрацию свободного хлора сложно постоянно удержать в пределах 0,1÷0,3 мг/л при периодическом контроле оператором в ручном режиме. Это приводит к возникновению периодов, когда содержание хлора в чаше бассейна равно 0, что является недопустимым, а также периодов перехлорирования воды.
Во-вторых, содержание свободного хлора в воде не дает полного представления о процессе обеззараживания, что имеет особую важность при поддержании дезинфицирующего вещества в минимальных концентрациях. В состав свободного хлора входят хлорноватистая кислота и гипохлорит-ион, которые обладают различными окислительными свойствами. Их концентрации изменяются при различном рН воды. В связи с этим возникает необходимость автоматического регулирования рН воды.
В третьих, при введении реагентов в систему водоочистки не достигается полное смешение с водой, что приводит к неравномерности и увеличению длительности обработки воды, т.е. снижает эффективность очистки и обеззараживания воды.
Задачей данной полезной модели является создание установки очистки и обеззараживания морской воды бассейна для содержания морских млекопитающих, позволяющей достигнуть снижения расхода реагентов, а также остаточной концентрации дезинфектантов с высокой обеззараживающей способностью в чаше бассейна. При этом контролируемым параметром обеззараживания воды должны служить реальные окислительные свойства с учетом совокупности восстановителей, содержащихся в воде. Это позволит значительно улучшить условия содержания морских млекопитающих в условиях замкнутого бассейна.
Поставленная задача достигается тем, что установка дополнительно снабжена как минимум, двумя регулируемыми смесителями и системами автоматического дозирования растворов гипохлорита натрия и реагента коррекции рН, работающих по сигналу от датчиков окислительно-восстановительного потенциала и рН.
Сущность полезной модели заключается в том, что установка для очистки и обеззараживания воды бассейнов для содержания морских млекопитающих, включающая чашу бассейна и гидравлический циркуляционный контур, содержащий узлы отведения воды из чаши бассейна и подачи очищенной воды, трубопровод забора воды на очистку, предварительный фильтр грубой очистки (волосоуловитель), циркуляционный насос, трубопровод подачи воды на очистку, сверхскоростной напорный зернистый фильтр, дозирующие насосы для подачи растворов гипохлорита натрия, реагентов коррекции рН и коагулянта, лампы обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением, трубопровод возврата очищенной воды в чашу бассейна, трубопровод отведения промывной воды в канализацию, дополнительно снабжена как минимум, двумя регулируемыми смесителями и системами автоматического дозирования растворов гипохлорита натрия и реагента коррекции рН, работающих по сигналу от датчиков окислительно-восстановительного потенциала и рН.
Техническим результатом данной полезной модели является высокая эффективность очистки и обеззараживания воды при постоянной концентрации остаточного хлора в пределах 0,1÷0,3 мг/л, что достигается благодаря применению системы автоматического дозирования раствора гипохлорита натрия, работающей по сигналу от датчика окислительно-восстановительного потенциала, а также системы автоматического дозирования реагента коррекции рН (рН-минус или рН-плюс). При этом определяющим фактором качества воды является не концентрация свободного хлора, а реальные окислительные свойства, учитывающие влияние совокупности всех загрязнений (восстановителей), что характеризует окислительно-восстановительный потенциал.
Эмпирическая зависимость, найденная в процессе экспериментальных исследований на существующих дельфинариях, имеет вид:
где Eh - ОВП воды бассейна для дельфинов, В;
рН - водородный показатель;
Cl
С - концентрация остаточного свободного хлора, мг/л.
Другим техническим результатом полезной модели является то, что применение в установке регулируемых смесителей при подаче раствора обеззараживающего вещества и коагулянта в напорный трубопровод перед зернистым фильтром, а также при введении реагента коррекции рН перед подачей воды в бассейн привело к увеличению полноты смешения вводимых в чашу бассейна веществ и снижению расхода коагулянта на 20-25%. Введение дезинфицирующего вещества и коагулянта может производиться в одном узле смешения, однако, увеличение расстояния между вводом дезинфектанта и коагулянта приводит к увеличению эффективности осветления воды, в этом случае необходимо применять 3 смесителя отдельно для каждого реагента.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена чаша бассейна 1 с гидравлическим циркуляционным контуром, содержащим узел отведения воды из чаши бассейна в виде поверхностных водозаборников (скиммеров) 2 и донных водозаборников 3, трубопровод забора воды на очистку 4, предварительный фильтр грубой очистки (волосоуловитель) 5, циркуляционный насос 6, трубопровод подачи воды на очистку 7, сверхскоростной напорный зернистый фильтр 8, дозирующие насосы для подачи растворов гипохлорита натрия 9, реагентов коррекции рH 10 и коагулянта 11, лампы обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением 12, трубопровод возврата очищенной воды в чашу бассейна 13, узел подачи очищенной воды, выполненный в виде форсунок подачи воды 14, равномерно расположенных по периметру чаши бассейна 1, и трубопровод отведения промывной воды в канализацию 15, при этом установка дополнительно оборудована системами автоматического дозирования раствора гипохлорита натрия 16 и реагента коррекции рН 17, работающих по сигналам от датчиков окислительно-восстановительного потенциала 18 и рН 19, а также, как минимум, двумя регулируемыми смесителями 20 для введения реагентов, что благоприятно сказывается на здоровье содержащихся морских млекопитающих.
Установка очистки и обеззараживания воды бассейнов для содержания морских млекопитающих работает следующим образом.
От поверхностного водозаборника (скиммера) 2 и донных водозаборников 3 по трубопроводу забора воды на очистку 4 вода через предварительный фильтр грубой очистки (волосоуловитель) 5, в котором задерживаются крупные загрязнения, поступает во всасывающий патрубок насоса 6. Насосом вода подается по трубопроводу подачи воды на очистку 7 в сверхскоростной напорный зернистый фильтр 8. При этом производится постоянный контроль качества воды при помощи датчиков окислительно-восстановительного потенциала 18 и рН 19, установленных на трубопроводе 7 до узла ввода реагентов 20. Контролирующий сигнал с датчиков поступает к системам автоматического дозирования растворов гипохлорита натрия 16 и реагента коррекции рН 17, в которых он преобразуется в управляющий сигнал, подаваемый на дозирующие насосы для подачи растворов гипохлорита натрия 9 и реагента коррекции рН 10. Дозирующие насосы 9, 10, при необходимости, осуществляют подачу реагентов в циркулирующую в контуре воду. Для снижения мутности воды дозирующим насосом 11 в воду периодически вводится раствор коагулянта. Растворы гипохлорита натрия и коагулянта вводятся в трубопровод подачи очищенной воды 7 перед сверхскоростным напорным, зернистым фильтром 8 с использованием регулируемого смесителя 20. В фильтре 8 происходит процесс контактной коагуляции, в результате чего задерживаются мелкие взвешенные и коллоидные органические и неорганические загрязнения. Осветленная в фильтре 8 вода поступает в лампы обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением 12, в которых происходит дополнительное обеззараживание воды и разрушение хлораминов, после чего по трубопроводу возврата очищенной воды 13 возвращается в чашу бассейна 1. Перед подачей воды в чашу бассейна 1 осуществляется ввод препарата коррекции рН с использованием регулируемого смесителя 20. Очищенная и обеззараженная вода подается через узел подачи очищенной воды и равномерно распределяется по объему бассейна форсунками подачи воды 14. При достижении предельных потерь напора в фильтре 8 производится обратная промывка фильтрующей загрузки с забором очищенной воды из чаши бассейна 1 и отведением промывной воды по трубопроводу 15 в канализацию. Регулируемые смесители 20 представляют собой два шаровых крана, расположенных до и после точки введения реагента. Первый кран (по направлению движения воды) служит для предварительного вихреобразования, второй - для увеличения полноты смешения. Расстояние между кранами должно быть минимальным. Краны должны быть закрыты на 15-45°, что определяется экспериментальным путем в зависимости от свойств вводимого реагента и скорости потока воды. Управление кранами смесителя 20 осуществляться с использованием электрифицированных управляющих механизмов от сигнала автоматической станции контроля качества воды по окислительно-восстановительному потенциалу 16 и по рН 17. Во время отсутствия подачи реагента краны смесительного узла 20 могут быть полностью открыты, за счет чего потери напора в узле смешения 20 становятся минимальными.
Достоинствами представленной полезной модели являются: постоянно высокое качество очистки и обеззараживания воды, управление которым производится в автоматическом режиме, что исключает «человеческий фактор»; снижение дозы применяемых реагентов за счет увеличения полноты их смешения с водой, снижение потерь напора в системе в периоды отсутствия необходимости введения реагентов, возможность управления процессом смешения; снижение остаточной концентрации свободного хлора в чаше бассейна до безопасных значений для содержания морских млекопитающих.
Положительный эффект заявленной полезной модели подтвержден снижением расхода применяемых реагентов на 15-25% и дозированием растворов гипохлорита натрия и реагента коррекции рН (рН-минус) с высокой точностью в течении 3-х месяцев наблюдений с поддержанием остаточной концентрации свободного хлора в чаше бассейна в пределах 0,1÷0,3 мг/л на действующем дельфинарии-океанариуме в г. Анапа Краснодарского края. В течение всего периода наблюдений производилось измерение окислительно-восстановительного потенциала, рН и управление дозированием реагентов в автоматическом режиме с использованием систем автоматического дозирования растворов гипохлорита натрия и рН.
Варианты исполнения установки очистки и обеззараживания воды бассейнов для содержания морских млекопитающих
В зависимости от гидравлической, схемы водоочистки датчики окислительно-восстановительного потенциала 18 и рН 19 могут быть расположены на всасывающем 4 или напорном 7 трубопроводе до или после циркуляционного насоса, а также на отдельной линии с использованием индивидуального водозаборника и насоса для подачи воды на контроль качества. Обязательным условием является установка датчиков 18 и 19 до введения реагентов в циркуляционный контур. Забор воды на контроль качества следует осуществлять непосредственно из чаши бассейна на глубине около 30 см. Следует избегать забора воды только с поверхности или из дна чаши бассейна, а также в местах подачи воды от водоочистной установки.
При скорости потока воды более 2 м/с в месте ввода реагента смесительный узел может состоять только из одного шарового крана, расположенного после точки ввода реагента.
При диаметрах трубопроводов 100 мм и более шаровые краны могут быть заменены межфланцевыми дисковыми задвижками. Следует учитывать, что эффективность смешения при использовании задвижек снижается, что требует проведения дополнительных опытных исследований на этапе пуско-наладочных работ.