Система очистки серой воды рельсового транспортного средства
GRAY WATER PURIFICATION SYSTEM OF RAIL VEHICLE

Изобретение относится к санитарно-гигиеническому оборудованию на железнодорожном транспорте, в частности к туалетным системам, и может быть использовано, например, в железнодорожных пассажирских вагонах.
Устройства водоснабжения туалетных модулей в современных пассажирских вагонах предусматривают подачу воды порциями по 0,3-0,5 л под давлением, как на умывальные чаши, так и на смыв унитазов. Такие условия, с одной стороны, снижают общий объем водопотребления, а с другой стороны образуют высококонцентрированные стоки как с умывальных чаш («серые стоки»), так и при смыве унитазов («черные стоки»).
В зависимости от использования серая вода может сливаться через пол транспортного средства, например, на железнодорожное полотно в случае рельсовых транспортных средств или же в находящийся под полом транспортного средства сточный бак. Если образующуюся серую воду, загрязненную грязевыми частицами следует направить не на железнодорожное полотно, то ее направляют в сточный бак. Для этого требуются дополнительный насос и дополнительная трубная разводка. Ограниченные габаритные условия в зоне вагона затрудняют расположение этих конструктивных элементов, когда требуется дополнительное оборудование для подготовки серой воды.
Для решения задачи утилизации серых стоков для возможности их повторного использования может быть обеспечено следующими мероприятиями:
- отведение серых стоков в бак-сборник стоков (совместно с отведением черных стоков), что требует увеличение размеров бака-сборника и обеспечение вагонов устройствами отвода стоков от чаш умывальников в бак-накопитель (реализация подобных мероприятий требует существенных изменений общей конструкции вагонов);
- очистка серых стоков до уровня безопасного сброса на полотно железной дороги, для чего помимо удаления механических загрязнений требуется обеззараживание стоков, удаление из них биогенных загрязнений углерода, азота и фосфора, влекущий за собой сложный многоступенчатый процесс. требующий существенных изменений общей конструкции вагонов и усложнения условия их обслуживания;
- очистка серых стоков до уровня возможности повторного использования.
Наиболее приемлемым повторного использования очищенных серых стоков является смыв унитазов. Требования, предъявляемые к качеству воды для современных унитазов транспортных средств, являются значительно менее жесткими, чем требования к стокам, сбрасываемым на полотно дороги (в частности, не лимитируется количество биогенных элементов).
Среди таких требований:
- органолептические (отсутствие мутности, цвета и запаха);
- отсутствие частиц размером более 5 мкм;
- отсутствие поверхносто-активных моющих средств в количествах, способствующих засорение форсунок подачи воды на унитазы и приводящих к «вспениванию» воды при смыве;
- отсутствие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
Известен туалетный модуль транспортного средства (RU 2516916,кл. B61D35/00, 2014 г), включающий туалетную кабину с установленными в ней унитазом и умывальником, основной бак-накопитель, предназначенный для туалетных стоков, водяной бак, соединенный трубопроводами со средством смыва унитаза, с краном умывальника, эжектор, соединенный трубопроводом с промежуточным баком-накопителем, установленный между унитазом и основным баком – накопителем и автоматизированный блок управления. На каждом из упомянутых трубопроводов установлены клапаны, связанные с автоматизированным блоком управления. Основной бак-накопитель, промежуточный бак-накопитель, промежуточная емкость, водяной бак снабжены датчиками уровня. Основной бак-накопитель и водяной бак снабжены датчиками температуры. Унитаз и промежуточная емкость отделены от промежуточного бака-накопителя отсечным клапаном. Промежуточный бак-накопитель отделен от основного бака-накопителя отсечным клапаном. Основной бак-накопитель снабжен выпускной трубой с концевым клапаном и концевым клапаном для компенсации воздуха при опорожнении основного бака-накопителя. Датчики уровня и датчики температуры связаны с автоматическим блоком управления, причем в кабине установлены кнопки, предназначенные для включения средств смыва унитаза.
Конструкция известного туалетного модуля является достаточно сложной. Кроме того, для размещения промежуточной емкости требуется место в вагоне или в подвагонном пространстве, что может повлечь к необходимой реконструкции вагонов.
Известно устройство очистки серой воды для рельсового транспортного средства (RU 194282, кл. B61D35/00, 05.12.2019), содержащее резервуар для серой воды, приток для серой воды, сток для фильтрованной серой воды, фильтр между притоком для серой воды и стоком для фильтрованной серой воды. Резервуар для серой воды имеет одно выполненное с возможностью закрывания снаружи очистное отверстие для обслуживания вручную резервуара для серой воды, расположенное со стороны дна.
Недостатком известного устройства является невысокая степень очистки серой воды, не позволяющей, в соответствии с требованиями эксплуатации пассажирских вагонов, ее повторного использования.
Прототипом изобретения является устройство водоснабжения для рельсового транспортного средства (RU 197504, кл. B61D35/00, 12.05.2020 г.), содержащее канализационную систему с блоком подготовки серой воды, умывальником, туалетным модулем, резервуаром, обладающим вакуумной функцией для подачи черной воды из туалетного модуля в резервуар, причем резервуар является промежуточным резервуаром, соединенным со сточным баком, магистралью для серой воды, соединяющей умывальник с резервуаром и предназначенной для приема серой воды из умывальника. Резервуар выполнен с возможностью подачи серой воды посредством вакуумной функции из магистрали в резервуар. Блок подготовки серой воды расположен таким образом, что делит магистраль на первый и второй участки. Первый участок соединяет умывальник непосредственно с блоком подготовки серой воды. Серая вода может поступать непосредственно в блок за счет его расположения над блоком умывальника или за счет насоса. Серая вода подготавливается в блоке подготовки серой воды, где разделяется на загрязненную частицами воду и на подготовленную. Подготовленная серая вода по питающей линии подается в туалетный модуль и там повторно используется. При этом в питающей линии предусмотрен второй грязевой фильтр, который выполняет дополнительную функцию очистки подготовленной серой воды. Блок подготовки серой воды представляет собой основанную на седиментации систему, на нижнем конце которой осаждаются соответствующие грязевые частицы серой воды или ее отложения.
Данное устройство из-за того, что блок очистки серой воды основан на принципе седиментации, имеет излишне большие габариты, что создает сложности с его размещением внутри туалетного помещения и требует значительных конструктивных изменений в используемом парке пассажирских железнодорожных вагонах. Кроме того, очистка серой воды с помощью седиментации и фильтров приводит к необратимым загрязнениям магистралей подачи серой воды, требующих частой замены, а также не обеспечивает органолептических требований, отсутствия частиц размером более 10 мкм, отсутствия поверхносто-активных веществ в количествах, способствующих засорение форсунок подачи серой воды на унитазы и приводящих к «вспениванию» воды при смыве, отсутствие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
Проблемой изобретения является усовершенствование канализационной системы рельсового транспортного средства
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обеззараживания серой воды для ее возможного повторного использования, а также уменьшение габаритных размеров оборудования для обеспечения размещения блоков очистки серой воды в туалетном помещении железнодорожного транспортного средства.
Согласно изобретению
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что система очистки серой воды рельсового транспортного средства содержит технологически связанные умывальник, накопительный резервуар, предназначенный для приема серой воды из умывальника, блок подготовки серой воды, соединенный питающей линией с туалетным модулем для повторного использования серой воды.  накопительный резервуар снабжен блоком предварительной физико-химической обработки серых стоков со сменным картриджем и оборудован датчиками верхнего и нижнего уровня. Блок подготовки серой воды снабжен датчиками нижнего, среднего и верхнего уровня, разделен перегородкой, установленной с возможностью перелива через нее серой воды из участка доочистки, в котором расположен слой гранулированной загрузки, ограниченный сверху и снизу сетками, в участок накопления. В питающей линии за блоком подготовки серой воды и перед туалетным модулем установлен блок ультрафиолетового обеззараживания серой воды с источником УФ-излучения мощностью от 0,5 до 1 Вт на 1 л серой воды в минуту. Блок ультрафиолетового обеззараживания выполненный с возможностью подачи на него серой воды, осветленной блоком подготовки серой воды
3
Накопительный резервуар предпочтительно располагают под умывальной чашей и выполняют в виде емкости размером от 1,5 до 2,5 дм.
Сменный картридж блока предварительной физико-химической обработки серых стоков снабжен гранулированным сорбентом, размещенным в сетчатом коробе
Слой гранулированной загрузки, участка доочистки в блоке подготовки серой воды, может быть выполнен из пенополиуретана.
Блок ультрафиолетового обеззараживания выполнен в виде трубчатого корпуса из нержавеющей стали, в которой установлен кварцевый чехол с бактерицидной УФ-лампой. Например, ЛАБ-8-Л-16-Т производства ООО «ЛТС».
Между блоком ультрафиолетового обеззараживания и туалетным модулем установлен гидроаккумулятор, например вертикальный, емкостью 5 л «Unipump», для обеспечения пикового расхода воды.
В подающей магистрали между блоком предварительной физико-химической обработки серой воды и блоком подготовки серой воды, а также между блоком подготовки серой воды и блоком ультрафиолетового обеззараживания установлены насосы.
3
Наличие накопительного резервуара с блоком предварительной физико-химической обработки серой воды обеспечивает контактное осветление и очистку концентрированной серой воды перед ее подачей в блок подготовки. За счет наличия в нем гранулированного сорбента, преимущественно в виде алюминия сернокислого 18-водного (сульфат алюминия, оксихлорид алюминия, алюминат натрия), соли железа (сульфат железа, хлорид железа) и другие он дозируются в необходимых количествах путем растворения в проходящей через сорбент серой воде. При этом происходит коагуляция – процесс соединение мельчайших мелкодисперсных и коллоидных частиц в более крупные под воздействием сил сцепления. Этот процесс позволяет удалить из воды мельчайшие частицы, которые не могут захватить традиционные фильтры. Под воздействием сорбентов загрязнители укрупняются, что делает их доступными для захвата зернистыми или пористыми загрузками в дальнейшем в блоке подготовки серой воды. Время, необходимое для дозирования сорбента в воду составляет от 1 до 3 минут, в соответствии с чем, определяют минимальный размер накопительного резервуара от 1,5 до 2,5 дм. Такой компактный резервуар свободно можно разместить под чашей умывальника не занимая свободного пространства санитарно-технического помещения.
Система очистки серой воды рельсового транспортного средства и принцип ее работы иллюстрируется чертежом, где представлена принципиальная схема системы.
3
В систему 1 очистки серой воды чистая вода поступает из емкости 2 запаса питьевой воды через устройство 3 дозирования. Чистая вода через подающую магистраль 4 поступает в умывальник 5. Умывальник 5 связан через фланец 6 с накопительным резервуаром 7, который размещен под умывальником 5. Накопительный резервуар 7 выполнен в виде емкости размером от 1,5 до 2,5 дм и снабжен блоком 8 предварительной физико-химической обработки серых стоков со сменным картриджем 9 с гранулированным сорбентом, размещенным в сетчатом коробе, выполненным из нержавеющей стали. В качестве гранулированного сорбента используют алюминий сернокислый 18-водного (сульфат алюминия, оксихлорид алюминия, алюминат натрия), соли железа (сульфат железа, хлорид железа). В резервуаре 7 установлены датчик 10 нижнего уровня и датчик 11 верхнего уровня серой воды. При достижении уровня серой воды датчика 11 поступает сигнал на включение насоса 12 и вода через патрубок 13 откачивается из резервуара 7. При достижении уровня воды датчика 10 - подается сигнал на отключение насоса 12.
3
3
Серая вода из умывальника 5, прежде чем попасть в резервуар 7, омывает сорбент картриджа 9. Сорбент частично растворяется и насыщает серую воду сульфатом алюминия. Это нарушает агрегатную устойчивость загрязнений, определяющих мутность, цветность, запах серой воды (в том числе, растворенное мыло). Экспериментально определены дозы коагулянта, которые составляют 10-20 г/м серой воды. Принимая во внимание максимальное суточное потребление одного умывального комплекса – 200 л, суточная загрузка сорбента блок 8 составляет 2-4-г. Учитывая, что подача чистой воды в умывальник 5 осуществляется порциями по 0,3-0,5 л под давлением, а время, необходимое для растворения сорбента в воде от 1 до 3 минут, в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85), минимальный объем накопительного резервуара 7 достаточен от 1,5-2,5 дм. Такой компактный размер накопительного резервуара 7 позволяет его разместить непосредственно под умывальником 5.
Для опорожнения резервуара 7 при простое вагона или проведения регламентных работ вода сливается через патрубок 13 слива.
После физико-химической обработки серой воды она насосом 14 по подающей магистрали 15 направляются через фланец 16 в блок 17 подготовки серой воды, расположенным в верхней части туалетного помещения, где осуществляется ее контактное осветление и накопление.
3
Блок 17 подготовки серой воды выполнен в виде емкости, изготовленной из нержавеющей стали, разделенной перегородкой 18. Перегородка 18 установлена с возможностью перелива через нее воды из участка 19 доочистки серой воды, снабженного слоем 20 с гранулированной загрузки из пенополиуретана для ее контактного осветления в участок 21 накопления. Слой 20 разделен сверху и снизу сетками из нержавеющей стали. Серая вода поступает из накопительного резервуара 7 в емкость блока 17 через фланец 16. Размеры гранул гранулированной загрузки от 2 до 5 мм. При большем размере гранул не обеспечивается качество осветления серой воды. При меньшем размере уменьшается грязеемкость загрузки. Экспериментально определен объем слоя 20 загрузки, обеспечивающий грязеемкость, необходимую для осветления серой воды в количестве 200 л (суточное потребление), которая составляет 8 дм, что определяет размеры участка 19 доочистки серой воды. Такой незначительный объем обеспечивает возможность расположения блока 17 непосредственно в туалетном помещении вагона. Проходя снизу-вверх через слой 20 загрузки, серая вода осветляется методом контактного осветления. Осветленная серая вода переливается через перегородку 18, и поступают в участок 21 накопления. В участке 21 накопления размещены датчик 22 верхнего уровня воды, датчик 23 среднего уровня воды и датчик 24 нижнего уровня. При достижении уровня воды датчика 22 подается сигнал на блокирование работы насоса 14. При достижении уровня воды датчика 23 подается сигнал на разблокирование работы насоса 14. При достижении уровня воды датчика 24 подается сигнал на открытие электромагнитного клапана 25. При этом обеспечивается подача воды на участок 21 из емкости 2 запаса питьевой воды по питающей магистрали 26, через фланец 26. При достижении уровня воды датчика 23 электромагнитный клапан 25 закрывается.
Для возможного опорожнения участка 21 накопления во время простоя вагона или проведения регламентных работ участок 21 снабжен патрубком слива 27.
Осветленная серая вода через фланец 27 насосом 29 подается на блок 30 ультрафиолетового обеззараживания. Корпус блока 30 ультрафиолетового обеззараживания выполнен в виде трубки из нержавеющей стали диаметром 40 мм. В трубке установлен кварцевый чехол 31 диаметром 25 мм, внутри которого закреплена компактная бактерицидная лампа 32, например ЛАБ-8-Л-16-Т производства ООО «ЛТС». Обеззараживание предварительно очищенной серой воды осуществляется бактерицидной УФ-лампой мощностью от 0,5 до 1 Вт на 1 л в минуту обеззараживаемой серой воды.
Серая осветленная вода поступает в блок 30 через фланец 33 подачи воды, а обеззараженная вода выходит из блока 30 через фланец 34 отведения воды. Обеззараживание серой воды происходит при ее прохождении в промежутке между корпусом блока 30 и чехлом 31. К верхней части корпуса блока 30 ультрафиолетового обеззараживания прикреплен компактный блок 35 питания и управления, например, БРУК-220-15-007-Т производства ООО «ЛТС».
Очищенная и обеззараженная серая вода по питающей линии 36 поступаетнав гидроаккумулятор 37, например, «гидроаккумулятор вертикальный 5 л 174263 «Unipump». Гидроаккумулятор 37 необходим для обеспечения пикового расхода воды для смыва унитаза 38 туалетного модуля через устройство 39 дозирования
Очищенные и обеззараженные сточные воды полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к технической воде, используемой для смыва унитазов.
Система очистки серой воды рельсового транспортного средства обладает компактностью и обеспечивает ее размещение непосредственно в туалетных комплексах. Данная система не требует существенных изменений при общей конструкции вагонов, за счет свое компактности. Кроме того, очистка серой воды до уровня возможности повторного использования, значительно экономит расход воды во время эксплуатации пассажирского железнодорожного транспортного средства.