УСТАНОВКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЗ ВОДЫ ЖЕЛЕЗА И ДРУГИХ ПРИМЕСЕЙ

Предлагаемая полезная модель относится к средствам для водоснабжения, а именно, к системам для удаления из воды железа и других примесей, преимущественно к передвижным средствам указанного назначения для бытовых нужд.
Известно, что удаление из воды железа - одна из наиболее актуальных и сложных задач в водоочистке. Особенно часто сталкиваются с ней владельцы собственных источников водоснабжения, таких как колодцы и скважины. В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1 мг/л железа. В подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/л. В соответствии с действующими в Российской Федерации нормативами на питьевую воду содержание железа ограничено концентрацией 0,3 мг/л. В случае ее превышения может возникнуть опасность для здоровья людей, которые ее употребляют. Повышенное содержание железа придает воде неприятную красно-коричневую или бурую окраску, ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Кроме того, даже небольшое превышение предельно-допустимой концентрации по железу влечет устойчивое окрашивание сантехники и даже ее порчу.
Широко распространены безреагентные установки, в которых используют окисление железа кислородом воздуха с переводом его в нерастворимую форму и последующим задержанием в фильтрующем материале.
Известна, в частности, установка для очистки воды от железа по патенту Российской Федерации на изобретение №2201402 [1] (опубл. 27.03.2003). Она содержит вентилятор, к лопастям которого прикреплен фильтрующий барабан. При очистке воды устройство помещают в емкость с водой до контакта лопастей с поверхностью воды. На волокнах или зернах фильтра при смачивании их очищаемой водой образуется пленка катализатора, в присутствии которого происходят дегидратация солей железа и переход их в нерастворимую форму в виде хлопьев. Простота этого устройства определяет возможность его использования в бытовых целях. Однако получение очищенной воды с его помощью имеет циклический характер, т.к. использование воды возможно только после отстаивания ее в указанной емкости и выпадения удаляемых ингредиентов в осадок на дно этой емкости.
Известна также установка для очистки воды от железа по свидетельству Российской Федерации на полезную модель №25504 (опубл. 10.10.2002 [21]). Эта установка содержит последовательно соединенные эжектор, входную накопительную емкость, фильтр тонкой очистки и выходную накопительную емкость.
В этой установке очистка воды от железа осуществляется, в основном, во входной накопительной емкости в результате завершения процесса окисления железа, происходящего в эжекторе, и перевода его в трехвалентное состояние с осаждением на дно указанной емкости. В фильтре тонкой очистки происходит полное осаждение твердых частиц и взвесей. После образования большого количества осадка во входной накопительной емкости производят его слив и промывку емкости.
Используемый принцип очистки от железа путем осаждения окислившегося трехвалентного железа на дно входной накопительной емкости обусловливает недостаточно полную очистку в этой емкости и приводит к необходимости включения в состав установки фильтра тонкой очистки, для которого не предусмотрена возможность регенерации и который поэтому подлежит частой замене. Кроме того, в данной установке предусмотрен периодический характер наполнения входной накопительной емкости с перерывами подачи воды в фильтр тонкой очистки. Следствием этого является необходимость наличия в составе установки выходной накопительной емкости.
В установке для очистки воды от железа по патенту Российской Федерации на изобретение №2165897 (опубл. 27.04.2001 [3]) предусмотрена очистка аэрированной воды фильтрованием. Эта установка содержит последовательно соединенные эжектор, контактный фильтр с плавающей частично затопленной зернистой загрузкой и осветлительный фильтр с тяжелой зернистой загрузкой. Подлежащая очистке вода пропускается через контактный фильтр в направлении сверху вниз и через осветлительный фильтр - в направлении снизу вверх. В незатопленной части загрузки контактного фильтра создаются благоприятные условия для окисления двухвалентного железа в трехвалентное, в затопленной части загрузки продолжается окисление железа растворенным в воде кислородом. По мере дальнейшего прохождения через тяжелую зернистую загрузку осветлительного фильтра вода дополнительно очищается от железа и взвешенных веществ. В данной установке, в отличие от предыдущей, предусмотрен режим регенерации обоих фильтров одновременно, для чего промывную воду от отдельного источника пропускают в том же направлении, что и исходную очищаемую воду.
В фильтрах данной установки для фильтрации используются традиционные материалы, такие как вспененный полистирол или керамзит в
качестве плавающей загрузки и песок - в качестве тяжелой загрузки. Кроме того, простая промывка фильтров в том же направлении, что и (фильтрация исходной воды, не обеспечивает хорошей регенерации фильтров. Эти факторы, вместе взятые, предопределяют недостаточно высокий уровень достигаемой очистки, снижающийся со временем, несмотря на проводимую регенерацию. Кроме того, недостатком установки является необходимость наличия отдельного источника воды для промывки, либо необходимость накопления для этой цели воды в отдельном резервуаре и наличия насоса для ее подачи в установку при переводе ее в режим промывки.
К установке по предлагаемой полезной модели наиболее близка установка для очистки воды, известная из патента Российской Федерации на полезную модель №47251 (опубл. 20.11.2005 [4]).
В этой известной установке, предназначенной для очистки воды от железа и других примесей, как и в установке по патенту [3], предусмотрена очистка фильтрованием. Установка содержит два фильтрационных узла, которые снабжены соответствующей трубной обвязкой с запорно-регулирующей арматурой. Каждый фильтрационный узел имеет корпус с размещенной в нем фильтрующей загрузкой. В отличие от установки по патенту [3], в данной установке предусмотрены нижняя подача исходной воды в корпус и верхний отвод воды из корпуса. Установка используется в режиме фильтрации, когда с выходов параллельно работающих фильтрационных узлов очищенная вода подается потребителю, и в режиме регенерации. В режиме регенерации осуществляются взрыхляющая промывка и отмывка фильтрующей загрузки. Взрыхляющую промывку осуществляют поочередно для каждого фильтрационного узла в направлении снизу вверх, подавая промывную воду от отдельного источника, а отмывку осуществляют исходной водой для обоих фильтрационных узлов одновременно
при таком же направлении ее подачи, как и в режиме фильтрации. Эта установка, как и установка по патенту [3], может использоваться в течение длительного времени без замены фильтров или фильтрующего материала, причем с обеспечением лучшего качества регенерации.
Однако она сохраняет недостаток установки по патенту [3] - необходимость наличия отдельного источника промывной воды, что усложняет и удорожает эксплуатацию установки. Необходимость такого источника или резервуара с запасом воды для промывки с соответствующим нагнетающим насосом снижает уровень автономности установки и затрудняет реализацию ее в мобильном выполнении. Отмывка фильтров после взрыхления фильтрующей загрузки непосредственно исходной водой ухудшает качество очищенной воды, особенно первых ее порций после завершения отмывки. Осуществление только фильтрационной очистки (без применения аэрации исходной воды, в отличие от установок, известных из патентов и свидетельства [1-3]) с использованием таких фильтрующих материалов как кварцевый или керамзитовый песок, также обусловливает недостаточно высокое качество очистки воды от железа. В режимах взрыхления фильтрующей загрузки и отмывки фильтров необходимо переключение специальной задвижки для блокирования подачи на выход установки фильтрата, предназначенного для слива в дренаж. Ошибочный пропуск операции переключения этой задвижки может привести к попаданию к потребителю сильно загрязненной воды, использование которой представляет опасность. Эти недостатки приводят к ограничениям возможностей для очистки, определяемым низким и средним уровнями содержания железа (до 15 мг/л) в исходной воде и неудобствами для потребителя при эксплуатации указанной установки.
Техническое решение по предлагаемой полезной модели направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки воды от железа в сочетании с конструктивным выполнением, позволяющим изменять ее внутреннюю структуру (конфигурацию) для адаптации к конкретным условиям эксплуатации, характеризующимся различными уровнями водопотребления и содержания железа в исходной воде. Обеспечивается также возможность осуществления очистки воды как после предварительной аэрации, так и без нее, что позволяет использовать в фильтрующей загрузке установки любые виды обезжелезивающих материалов. Кроме того, данное техническое решение направлено на исключение возможности подачи на выход установки воды, предназначенной для слива в дренаж. Ниже при раскрытии сущности установки по предлагаемой полезной модели будут названы и другие виды достигаемого технического результата.
Предлагаемая установка для очистки воды от железа и других примесей, как и указанная наиболее близкая к ней, содержит два фильтрационных узла, трубную обвязку и запорно-регулирующую арматуру в составе указанных фильтрационных узлов и для соединения с линями подачи исходной воды, линией очищенной воды и дренажной линией. Каждый из фильтрационных узлов содержит корпус с размещенной в нем фильтрующей загрузкой.
Для достижения названного выше технического результата в предлагаемой установке, в отличие от наиболее близкой к ней известной, фильтрующая загрузка выполнена в виде размещенного в нижней части корпуса каждого из фильтрационных узлов подстилающего слоя гравия и размещенного над ним слоя обезжелезивающего материала.
Корпус каждого из фильтрационных узлов имеет установленную в верхней его части головку со встроенным в нее многоходовым ручным
клапаном, имеющим три рабочих положения и предназначенным для подачи в корпус или отвода из него воды через канал в указанной головке корпуса или через водоподъемную трубку. Последняя проходит через слой обезжелезивающего материала и имеет снабженный щелями или отверстиями для прохода воды нижний конец, находящийся в подстилающем слое гравия, и верхний конец, находящийся в указанной головке корпуса.
Указанный многоходовой ручной клапан имеет входной штуцер, предназначенный для подачи воды, выходной штуцер, предназначенный для отвода очищенной воды, и штуцер для отвода промывной воды. При этом многоходовой ручной клапан кран выполнен с возможностью соединения:
в первом его положении, соответствующем режиму фильтрации исходной воды - канала в головке корпуса с указанным входным штуцером, а верхнего конца водоподъемной трубки - с указанным выходным штуцером;
во втором положении, соответствующем режиму обратной промывки со взрыхлением фильтрующей загрузки - канала в головке корпуса с указанным штуцером для отвода промывной воды, а верхнего конца водоподъемной трубки - с указанным входным штуцером;
в третьем положении, соответствующем режиму прямой промывки
- канала в головке корпуса с указанным входным штуцером, а верхнего конца водоподъемной трубки - с указанным штуцером для отвода промывной воды.
Кроме того, каждый из фильтрационных узлов содержит в составе обвязки два тройника: первый тройник с одним выходом и двумя входами, первый из которых предназначен для подачи исходной воды, а второй
- для подачи воды из другого фильтрационного узла, и второй тройник с одним входом и двумя выходами, первый из которых предназначен для
отвода отфильтрованной воды на потребление, а второй - для подачи воды в другой фильтрационный узел.
При этом входной штуцер многоходового ручного клапана соединен с выходом указанного первого тройника, выходной штуцер многоходового ручного клапана соединен со входом указанного второго тройника, а штуцер многоходового ручного клапана для отвода промывной воды снабжен шлангом для слива в дренаж.
В состав предлагаемой установки введен водо-воздушный эжектор. Кроме того, она снабжена входным тройником с одним входом и двумя выходами, выходным тройником с двумя входами и одним выходом и крестовиной с двумя выходами и двумя входами.
Первый вход указанного первого тройника каждого из фильтрационных узлов через кран соединен с одним из выходов указанной крестовины, один из входов этой крестовины через вентиль соединен с одним из выходов указанного входного тройника, а другой - через последовательно соединенные указанный водо-воздушный эжектор и вентиль - с другим выходом указанного входного тройника, при этом вход этого тройника является входом всей предлагаемой установки для подачи исходной воды на очистку. Первый выход указанного второго тройника каждого из фильтрационных узлов через кран соединен со вторым входом первого тройника другого фильтрационного узла, второй выход указанного второго тройника каждого из фильтрационных узлов через кран соединен с одним из входов указанного выходного тройника, при этом выход этого тройника является выходом очищенной воды всей установки.
Все указанные соединения, образующие вместе с тройниками и крестовиной упомянутую трубную обвязку, выполнены с помощью гибких подводок, а упомянутая запорно-регулирующая арматура образована перечисленными кранами, вентилями и многоходовыми ручными клапанами.
Наличие описанных средств коммутации в сочетании с наличием в составе установки водо-воздушного эжектора позволяет использовать в фильтрующей загрузке любой обезжелезивающий материал благодаря возможности реализовать как схемы с предварительной аэрацией, так и без нее. Наличие в фильтрующей загрузке подстилающего слоя гравия обеспечивает равномерное распределение потока воды в фильтре, а также защищает от вымывания размещенный над этим слоем обезжелезивающий материал, а щели водоподъемной трубки - от забивания частицами этого материала.
Наличие в составе предлагаемой установки двух одинаковых фильтрационных узлов и средств коммутации потоков в виде соединенных между собой описанным образом кранов, вентилей, тройников и крестовины позволяет путем выбора комбинаций состояния кранов (открыто-закрыто) расположить корпуса этих узлов параллельно или последовательно по отношению к потоку проходящей через них воды, либо использовать только один из фильтрационных узлов, в зависимости от сочетания уровня водопотребления (водоразбора) и содержания железа в очищаемой воде. При этом, благодаря наличию в составе каждого из фильтрационных узлов многоходовых ручных клапанов и двух путей подачи или отвода воды в каждом корпусе (подача через канал в головке со встроенный в нее многоходовым ручным клапаном в верхнюю часть корпуса с отводом через водоподъемную трубку из нижней части корпуса, и наоборот) возможны разнообразные комбинации состояний (режимов работы) фильтрационных узлов. Оба узла могут находиться в состоянии фильтрации. Если при этом они соединены параллельно, то увеличивается производительность установки, а при последовательном соединении дополнительно повышается качество очистки. При последовательном соединении возможна также комбинация, когда первый по ходу потока фильтрационный узел (которым может быть любой из двух фильтрационных узлов) находится
в режиме фильтрации, а второй - в режиме промывки. Последняя благодаря имеющимся возможностям коммутации потоков возможна как в прямом направлении (сверху вниз через корпус узла), так и в обратном направлении (снизу вверх). В последнем случае осуществляется взрыхляющая промывка, обеспечивающая регенерацию фильтрующей загрузки. В обоих режимах промывка осуществляется без использования какого-либо дополнительного источника воды, причем прямая промывка осуществляется исходной водой после ее очистки в первом по ходу потока узле, что предотвращает загрязнение первых порций очищенной воды после перевода промываемого узла в режим фильтрации. Благодаря тому, что перевод фильтрационных узлов в режимы прямой или обратной промывки осуществляется с помощью многоходовых ручных клапанов, промывная вода, прошедшая через отмываемую загрузку, может быть выведена только через штуцер многоходового ручного клапана для отвода промывной воды и соединенный с ним шланг для слива в дренаж. Поэтому исключена возможность попадания такой воды с выхода установки к потребителю даже при ошибочных его действиях. Вентили, через которые исходная вода подается в крестовину непосредственно или через аэратор (эжектор), позволяют исключить необходимость использования аэрированной воды в режиме обратной промывки со взрыхлением, а также обеспечивают возможность изменять соотношение интенсивности потоков в режимах фильтрации и промывки. Эти же вентили позволяют выбирать условия фильтрации (с предварительной аэрацией или без нее) в зависимости от вида обезжелезивающего материала, используемого в фильтрующей загрузке фильтрационных узлов. Выполнение элементов трубной обвязки в виде гибких подводок и шлангов существенно облегчает монтаж установки и обеспечивает дополнительную герметичность ее гидравлической системы. Использование при переключении режимов небольшого количества кранов для коммутации потоков путем задания определенных,
легко запоминаемых комбинаций их состояний, а также использование многоходового ручного клапана, положения которых могут иметь наглядную маркировку, упрощает конструкцию установки с одновременным повышением ее надежности и удобства эксплуатации.
В совокупности рассмотренные особенности установки наряду с отмеченными выше видами технического результата обеспечивают ее универсальность, заключающуюся в применимости установки для эффективной очистки от железа при различных исходных условиях (качество исходной фильтруемой воды, тип источника, применяемый в фильтрующей загрузке обезжелезивающий материал).
Предлагаемая установка может дополнительно содержать входной (приемный) гидроаккумулятор - мембранный бак с реле давления и манометром, имеющий выход, соединенный со входом указанного входного тройника, и вход, предназначенный для подачи исходной воды, подлежащей очистке. Наличие гидроаккумулятора позволяет обеспечить работу установки независимо от уровня собственного давления исходной воды на входе, а также защиту от частого включения насоса, обеспечивающего входной напор.
Кроме того, установка может содержать соединенный с выходом указанного выходного тройника двухступенчатый блок финишной доочистки воды, включающий последовательно соединенные фильтр механической очистки и угольный фильтр для удаления механических и органических примесей, осветления и удаления посторонних запахов и привкусов.
Установка может содержать также жидкостный ротаметр для визуального контроля и регулирования скорости прохождения потока очищаемой воды. Последний включен между выходом выходного тройника и входом блока финишной доочистки воды. Одновременное использование
в установке указанных вспомогательных узлов обеспечивает получение дополнительных удобств при ее эксплуатации.
Наиболее эффективная очистка исходной воды обеспечивается при использовании в фильтрующей загрузке фильтрационных узлов в качестве обезжелезивающего материала гранулированного серпентинита с размером гранул 0,15-2 мм, обработанного щелочным раствором для придания анионообменных свойств.
Предлагаемая установка может быть реализована в мобильном исполнении при размещении всех ее узлов на подвижной опорной раме-тележке. Это позволяет легко перемещать вручную установку с незаполненными водой входным гидроаккумулятором и корпусами фильтрационных узлов, так как для удовлетворения бытовых нужд в масштабах коттеджа, сельского дома и т.п.достаточна производительность установки, имеющей суммарную массу фильтрующей загрузки не более двух-трех десятков килограммов.
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежами, на которых представлены:
- на фиг.1 - схема установки в комплектации, дополненной входным гидроаккумулятором с реле давления и манометром, блоком финишной доочистки и ротаметром;
- на фиг.2 - схематическое изображение корпуса фильтрационного узла;
- на фиг.3 - схематическое изображение соединений, реализуемых с помощью многоходового ручного клапана в различных его положениях;
- на фиг.4 - фотография экспериментального образца установки, размещенной на подвижной опорной раме-тележке;
- на фиг.5 - схема для пояснения работы установки в режиме фильтрации при параллельном соединении фильтрационных узлов;
- на фиг.6 - схема для пояснения работы установки в режиме фильтрации при последовательном соединении фильтрационных узлов;
- на фиг.7 - схема для пояснения работы установки в режиме фильтрации при использовании только одного из фильтрационных узлов;
- на фиг.8 - схема для пояснения работы установки в режиме прямой промывки перед началом эксплуатации;
- на фиг.9 - схема для пояснения работы установки в режиме обратной промывки со взрыхлением для регенерации фильтрующей загрузки;
- на фиг.10 - схема для пояснения работы установки в режиме прямой промывки при пучке после обратной промывки со взрыхлением;
- на фиг.11 - схема для пояснения работы установки в режиме фильтрации без предварительной аэрации.
Предлагаемая установка содержит (фиг.1) идентичные фильтрационные узлы 1 и 2.
Первый фильтрационный узел 1 содержит корпус 18. В корпусе (см. фиг.2) размещена фильтрующая загрузка. Она образована расположенным в нижней части корпуса подстилающим слоем гравия 181 и расположенным над ним слоем 182 обезжелезивающего материала. В качестве последнего могут быть использованы различные окислительно-каталитические сорбенты на основе синтетического цеолита, содержащего на поверхности частиц соединения марганца в виде тонких пленок (например, BIRM, AGMn, KAM), на основе доломита (например, Магно-филт, Дамфер, МЖФ) или на основе глауконита (например, Greensand). Возможно также использование реагентных обезжелезивающих материалов с пространственным расположением каталитического окислителя или других природных либо искусственных материалов с соответствующими сорбционными и фильтрующими свойствами, например, гранулированного
серпентинита с размером гранул 0,15÷2 мм, обработанного щелочным раствором для придания анионообменных свойств, описанного в международной заявке WO 2007/111531 (опубл. 04.10.2007 [5]). При использовании последнего из названных материалов достигается наибольшая эффективность очистки воды с помощью предлагаемой установки.
Через слой 182 обезжелезивающего материала фильтрующей загрузки проходит водоподъемная трубка 183, имеющая снабженный щелями 184 для прохода воды нижний конец 185, находящийся в подстилающем слое гравия 181, и верхний конец 186, находящийся в головке 19 корпуса 18, установленной в верхней его части. В головке 19 корпуса 18 имеется также канал 188.
Через водоподъемную трубку 183 или через канал 188 возможны как подача, так и отвод воды, в зависимости от положения многоходового ручного клапана 16, встроенного в головку 19 корпуса 18 (см. фиг.1). Многоходовой ручной клапан 16 имеет входной штуцер 161, предназначенный для подачи воды, штуцер 162 для отвода очищенной воды и штуцер 163 для отвода промывной воды.
Первый фильтрационный узел 1 содержит также первый тройник 15 с одним выходом 153 и двумя входами, один из которых (151) предназначен для подачи исходной воды на фильтрацию, а другой (152) - для подачи воды с выхода второго фильтрационного узла, и второй тройник 14 с одним входом 141 и двумя выходами 142, 143. Один из этих выходов (143) предназначен для отвода отфильтрованной воды на потребление, а другой (142) - для подачи воды во второй фильтрационный узел.
Входной штуцер 161 многоходового ручного клапана 16 соединен с выходом 153 первого тройника 15. Штуцер 162 для отвода очищенной воды соединен со входом 141 второго тройника 14, а к штуцеру 163 для отвода промывной воды присоединен шланг 17 для слива промывной воды в дренаж 9.
Второй фильтрационный узел 2 (см. фиг.1) имеет корпус 28, выполненный аналогично показанному на фиг.2 корпусу первого фильтрационного узла 1.
В головку 29 корпуса 28 встроен многоходовой ручной клапан 26, имеющий входной штуцер 261, предназначенный для подачи воды, штуцер 262 для отвода очищенной воды и штуцер 263 для отвода промывной воды
Второй фильтрационный узел 2 содержит также первый тройник 25 с одним выходом 253 и двумя входами, один из которых (251) предназначен для подачи исходной воды на фильтрацию, а другой (252) - для подачи воды с выхода первого фильтрационного блока, и второй тройник 24 с одним входом 241 и двумя выходами 242, 243. Один из этих выходов (243) предназначен для отвода отфильтрованной воды на потребление, а другой (242) - для подачи воды в первый фильтрационный узел.
Входной штуцер 261 многоходового ручного клапана 26 соединен с выходом 253 первого тройника 25. Штуцер 262 для отвода очищенной воды соединен со входом 241 второго тройника 24, а к штуцеру 263 для отвода промывной воды присоединен шланг 27 для слива промывной воды в дренаж 9.
Между первым 1 и вторым 2 фильтрационными узлами имеется симметричная связь: второй выход (142) упомянутого второго тройника 14 первого узла 1 через кран 11 соединен со вторым входом (252) первого тройника 25 второго узла 2, а первый выход (242) упомянутого второго тройника 24 второго узла 2 через кран 21 соединен со вторым входом (152) первого тройника 15 первого узла 1.
Многоходовой ручной клапан каждого из фильтрационных узлов 1, 2 выполнен с возможностью реализации следующих соединений, которые поясняются (см. фиг.3) на примере крана 16 первого узла 1:
- в первом положении (фиг.3 а) канал 188 в головке 19 корпуса 18 соединяется со входным штуцером 161, а верхний конец 186 водоподъемной трубки 183 - со штуцером 162 для отвода очищенной воды;
- во втором положении (фиг.3 б) канал 188 в головке 19 корпуса 18 соединяется со штуцером 163 для отвода промывной воды, а верхний конец 186 водоподъемной трубки 183 - со входным штуцером 161;
- в третьем положении (фиг.3 в) канал 188 в головке 19 корпуса 18 соединятся со входным штуцером 161, а верхний конец 186 водоподъемной трубки 183 - со штуцером 163 для отвода промывной воды.
На фиг.3а, 3б, 3в стрелками показаны направления движения воды.
Установка содержит также входной тройник 4 с одним входом 41 и двумя   выходами 42, 43, выходной тройник 8 с двумя входами 81, 82 и одним выходом 83, водо-воздушный эжектор 5 и крестовину 3 с двумя входами 31, 32 и двумя выходами 33, 34.
При этом один из входов (31) крестовины 3 через вентиль 6 соединен с одним из выходов (42) входного тройника 4, а другой вход (32) крестовины 3 соединен с выходом 42 входного тройника 4 через последовательно соединенные вентиль 7 и эжектор 5. Один из выходов (33) крестовины 3 через кран 13 соединен со входом 151 подачи исходной воды на фильтрацию первого тройника 15 первого фильтрационного узла 1, а другой выход (33) крестовины 3 через кран 23 соединен со входом 251 подачи исходной воды на фильтрацию первого тройника 25 второго фильтрационного узла 2. Выходы 143 и 243 соответственно вторых тройников 14 и 24 первого 1 и второго 2 фильтрационных узлов через краны 12 и 22 соединены со входами 81 и 82 выходного тройника 8.
Все указанные соединения, образующие трубную обвязку установки, выполнены с помощью гибких подводок.
Входом описанной установки для подачи исходной воды на очистку является вход 41 упомянутого входного тройника 4, а выходом очищенной воды - выход 83 выходного тройника 8.
В частном случае установка может быть дополнена входным (приемным) гидроаккумулятором - мембранным баком 99 с реле давления и манометром. Гидроаккумулятор 99 подключается между входом 41 входного тройника 4 и линией 90 подачи исходной воды, подлежащей очистке, т.е. при наличии гидроаккумулятора входом установки для подачи исходной воды на очистку является вход гидроаккумулятора 99. Благодаря выравниванию давления в гидроаккумуляторе установка может эксплуатироваться при высоком давлении в линии 90 подачи исходной воды.
Кроме того, установка может быть дополнена блоком 10 финишной доочистки воды, содержащим последовательно соединенные фильтр 101 механической очистки и угольный фильтр 102. Для целей, не требующих высокой степени очистки, может быть сохранена возможность использования воды, не прошедшей финишную доочистку. Для этого установка может содержать дополнительный тройник 103, с одного из выходов (1033) которого вода поступает на вход блока 10 финишной доочистки, а с другого выхода (1032) может быть получена вода без такой до-очистки. Для отключения неиспользуемого выхода установка может содержать краны 1034 и 1035, подключенные, соответственно, к выходу 1032 дополнительного тройника 103 и выходу блока 10 финишной доочистки. Таким образом, могут быть созданы потоки очищенной воды различного назначения: поток для питьевых целей - непосредственно из блока 10 финишной доочистки с выхода крана 1035 (без накопления воды с риском бактериологического обсеменения) и для хозяйственно-бытовых нужд - с выхода крана 1034 с возможностью накопления воды в дополнительной емкости в требуемых объемах и ее подачи в нужную точку с помощью дополнительного насоса.
В линию между выходом 83 выходного тройника 8 и входом 1031 дополнительного тройника может быть включен жидкостный ротаметр 300, позволяющий осуществлять визуальный контроль скорости прохождения потока очищаемой воды для ее подрегулирования с целью создания более оптимальных условий фильтрации.
Предлагаемая установка, в том числе с описанными дополнениями, может быть выполнена в мобильном варианте и размещена на подвижной опорной раме-тележке. На фиг.4 представлена фотография экспериментального образца установки в таком выполнении. На этой фигуре позиция 400 соответствует упомянутой раме-тележке; прочие использованные обозначения были пояснены выше.
При практической реализации предлагаемой установки второй тройник каждого из фильтрационных узлов и присоединенные к его выходам два крана могут быть выполнены в виде одной конструктивной единицы - коллектора с кранами (например, на фиг.4 тройнику 24 и кранам 21, 22 соответствует коллектор 200 с кранами). Аналогично, крестовина 34 и присоединенные к ней краны 13, 23 тоже могут быть выполнены в виде соответствующего коллектора с кранами. Возможны и другие замены элементов трубной обвязки и запорно-регулирующей арматуры, эквивалентные описанным с точки зрения выполняемой ими функции и влияния на достигаемый технический результат.
Предлагаемая установка работает и используется следующим образом.
Возможны различные сочетания режимов работы двух фильтрационных узлов, входящих в состав установки, и различные режимы работы (конфигурации) установки в зависимости от используемого вида фильтрующей загрузки фильтрационных узлов. На иллюстрирующих эти режимы  чертежах изображения вентилей и кранов, находящихся в закрытом
положении, зачернены, а неиспользуемые выходы воды из многоходовых ручных клапанов 16 и 26 (линии, соединенные со штуцерами 162, 163, 262, 263) обозначены перечеркиванием; номера положений (1, 2 или 3) многоходовых ручных клапанов указаны непосредственно на их схематических изображениях.
Далее с помощью фиг.5-10 рассматриваются различные режимы работы установки при осуществлении предварительной аэрации очищаемой воды, необходимой при использовании безреагентных обезжелезивающих материалов в фильтрующей загрузке.
На фиг.5 показана работа установки в режиме фильтрации при параллельном соединении фильтрационных узлов. В этом случае открыты вентиль 7 и краны 13, 23, 12, 22 и закрыты вентиль 6 и краны 11, 21. Оба многоходовых ручных клапана 16, 26 находятся в первом положении (см. фиг.3 а). Исходная вода, аэрированная в водо-воздушном эжекторе 5, подается в корпус 18 через кран 13 и одновременно - в корпус 28 через кран 23. В каждом корпусе вода движется сверху вниз через слой фильтрующей загрузки и слой гравия и выходит из корпуса через водоподъемную трубку и штуцеры 162, 262 многоходовых ручных клапанов 16, 26, после чего через открытые краны 12, 22 она поступает в выходной тройник 8 и далее - к потребителю (сразу или после финишной доочистки в блоке 100 с фильтром 101 механической очистки и угольным фильтром 102).
Данный вариант эксплуатации установки может быть использован при повышенном уровне водопотребления и среднем уровне содержания железа в исходной воде.
Фильтрация может осуществляться и при последовательном соединении фильтрационных узлов. На фиг.6 показана работа установки в случае, когда фильтрация сначала осуществляется в первом узле 1, а затем - во втором узле 2. В этом случае открыты вентиль 7 и краны 13, 11,
22 и закрыты вентиль 6 и краны 23, 12, 21. Оба многоходовых ручных клапана 16, 26 находятся в первом положении (см. фиг.3а). Исходная вода, аэрированная в эжекторе 5, подается в корпус 18 первого фильтрационного узла 1, где движется сверху вниз через слой фильтрующей загрузки и слой гравия и выходит из этого корпуса через водоподъемную трубку и штуцеры 162 многоходового ручного клапана 16. Далее очищенная в этом корпусе вода через открытый кран 11 поступает в корпус 28 второго фильтрационного узла 1, где подвергается дополнительной очистке, затем выходит через штуцер 261 многоходового ручного клапана 26 и далее через открытый кран 22 поступает в выходной тройник 8. Аналогично осуществляется работа установки для прохождения воды сначала через второй фильтрационный узел, а затем - через первый. В этом случае должны быть открыты вентиль 7 и краны 23, 21, 12 и закрыты вентиль 6 и краны 13, 11, 22, а оба многоходовых ручных клапана 16, 26 находятся в первом положении. С выхода 83 тройника 8 вода поступает к потребителю (сразу или после финишной доочистки в блоке 100 с фильтром 101 механической очистки и угольным фильтром 102).
Данный вариант эксплуатации установки может быть использован при среднем уровне недопотребления и повышенном уровне содержания железа в исходной воде.
Фильтрация может осуществляться также при использовании только одного из двух фильтрационных узлов. На фиг.7 показан случай, когда для фильтрации используется первый узел 1, а второй узел 2 находится в резерве. В этом случае открыты вентиль 7 и краны 13, 12, а закрыты вентиль 6 и краны 23, 21, 22, 11; многоходовой ручной клапан 16 находится в первом положении, а положение многоходового ручного клапана 26 второго узла 2 может быть любым, но предпочтительным его положением является первое. Если используется только второй фильтрационный
узел 2, а первый узел 1 находится в резерве, то открыты вентиль 7 и краны 23, 22, а закрыты вентиль 6 и краны 13, 11, 12, 21; многоходовой ручной клапан 26 находится в первом положении, а положение многоходового ручного клапана 16 первого узла 1 может быть любым, но предпочтительным его положением является первое. Очищенная вода через выходной штуцер (162 или 262) соответствующего фильтрационного узла поступает на вход тройника 8 и затем - к потребителю (сразу или после финишной доочистки в блоке 100 с фильтром 101 механической очистки и угольным фильтром 102).
Данный вариант эксплуатации установки может быть использован при среднем уровне водопотребления и среднем уровне содержания железа в исходной воде.
Перед началом эксплуатации установки поочередно осуществляют прямую промывку фильтрационных узлов. Начальная конфигурация установки перед промывкой соответствует описанной выше, в которой для фильтрации используется только один узел, а другой находится в резерве. Вентиль 7 открывают постепенно для плавного увеличения напора воды, объективный контроль которого может осуществляться с помощью ротаметра 300. Затем многоходовой ручной клапан промываемого узла переводят в третье положение. На фиг.8 показано положение запорно-регулирующих устройств при промывке первого фильтрационного узла 1.
8 этом случае в третьем положении находится многоходовой ручной клапан 16 (см. фиг.3 в), закрыты краны 23, 21, 22, 11, открыт кран 12, положение многоходового ручного клапана 26 может быть любым, но предпочтительным является первое. Вода через вентиль 7, эжектор 5, смеситель 3, кран 13 и смеситель 15 подается в корпус 18 узла 1 в прямом направлении (по каналу 188) и отводится через водоподъемную трубку 183 (см. фиг.2), штуцер 163 и далее через шланг 17 в дренаж 9. Если промывается второй фильтрационный узел, то в третьем положении находится
многоходовой ручной клапан 26 этого узла, открыты вентиль 7 и краны 23 и 22 и закрыты краны 13, 11, 12, 21. Положение многоходового ручного клапана 16 первого узла может быть любым, но предпочтительным является первое.
Благодаря описанной прямой промывке обеспечивается смачивание и уплотнение фильтрующей загрузки в корпусах 18 и 28 фильтрационных узлов 1 и 2.
Для восстановления свойств фильтрующей загрузки после продолжительной работы предусмотрен режим обратной промывки, в котором вода движется внутри корпуса фильтрационного узла в направлении снизу вверх, взрыхляя загрузку. Обратная промывка фильтрационных узлов с целью регенерации фильтрующей загрузки осуществляется поочередно. Если до промывки установка эксплуатировалась при последовательном соединении фильтрационных узлов, то в первую очередь целесообразно подвергнуть обратной промывке узел, находившийся первым по ходу потока, так как его фильтрующая загрузка загрязнена в большей степени. Непосредственно перед началом обратной промывки установка должна быть приведена в состояние, соответствующее фильтрации при последовательном соединении фильтрационных узлов с размещением подлежащего промывке узла вторым по ходу потока. Так как водо-воздушный эжектор в силу его конструкции ограничивает скорость прохождения через него потока воды, то для обратной промывки используют неаэрированную воду, подавая ее на вход крестовины 3 через вентиль 6 с интенсивностью, значительно большей, чем в режимах прямой промывки и фильтрации, с тем чтобы обеспечивалось взрыхление фильтрующей загрузки. По этой причине вентиль 7, установленный перед эжектором 5, должен быть закрыт. Вентиль 6 открывают постепенно для плавного увеличения напора воды, объективный контроль которого может осуществляться с помощью ротаметра 300. Затем многоходовой ручной клапан
промываемого узла переводят во второе положение. На фиг.9 показано положение запорно-регулирующих устройств при промывке первого фильтрационного узла 1. В этом случае во втором положении находится многоходовой ручной клапан 16 (см. фиг.3в), закрыты краны 13, 11, 22, открыты краны 23, 12 и 21, многоходовой ручной клапан 26 второго (не подвергаемого обратной промывке) узла 2 находится в первом положении. Вода через вентиль 6, смеситель 3, кран 23, корпус 28 в прямом направлении и далее - через штуцер 262, кран 21 и смеситель 15 подается в корпус 18 узла 1. Пройдя по указанному пути, вода подвергается очистке, аналогичной очистке при фильтрации, но без предварительной аэрации. Поэтому обратная промывка корпуса 18 производится очищенной водой. Войдя в корпус 18 первого фильтрационного узла 1, вода движется в обратном направлении (так как многоходовой ручной клапан 16 находится во втором положении, см. фиг.3 б) сначала вниз по водоподъемной трубке 183, а затем - вверх через загрузку 181, 182 и далее - через канал 188 (см. фиг.2). Вода выводится из корпуса 18 через штуцер 163 (см. фиг 3 6 и фиг.9) и далее - через шланг 17 в дренаж 9. Если обратной промывке подвергается второй фильтрационный узел, то во втором положении находится многоходовой ручной клапан 26 этого узла, открыты вентиль 6 и краны 13, 11, 22 и закрыты вентиль 7 и краны 23, 12, 21. многоходовой ручной клапан 16 первого узла 1 находится в первом положении.
Из приведенного описания работы установки в режимах прямой и обратной промывки видно, что обоих этих режимах отвод промывной воды осуществляется через штуцеры 163 или 263, к которым присоединены шланги 17, 27 для слива воды в дренаж 9. Вода, являющаяся результатом промывки, не может попасть на входы тройника 8 и, следовательно не может попасть к потребителю. При этом такое свойство установка сохраняет и при ошибочном выборе комбинаций состояний кранов 11, 12, 21,
22, соединенных с выходными штуцерами 162, 262 корпусов 18, 28, так как промывная вода никогда не попадает в указанные штуцеры 162, 262.
После обратной промывки фильтрационного узла со взрыхлением загрузки корпуса может быть произведена прямая промывка, отличающаяся от прямой промывки перед началом эксплуатации тем, что она проводится очищенной водой. Для этого достаточно по окончании обратной промывки со взрыхлением перевести многоходовой ручной клапан промываемого фильтрационного узла в третье положение. В результате этого направление движения воды через промываемую загрузку изменяется с обратного на прямое, т.е. сверху вниз (для корпуса 18 узла 1 - через канал 188 и далее через загрузку 182, 181 в водоподъемную трубку 183, см. фиг.2). Вода, как и при обратной промывке, выходит из корпуса через штуцеры 163 (для корпуса 18 узла 1) или 263 (для корпуса 28 узла 2) и далее сливается по шлангам 17 27 в дренаж 9. Таким образом, и в этом режиме промывная вода не может попасть в выходной тройник 8. На фиг.10 показано положение запорно-регулирующих устройств при прямой промывке первого фильтрационного узла 1 после его обратной промывки со взрыхлением. В этом случае в третье положение (см. фиг.3 в) переведен многоходовой ручной клапан 16, закрыты краны 13, 11, 22, открыты краны 23, 12 и 21, многоходовой ручной клапан 26 второго узла 2 находится в первом положении.
Режимы работы установки без осуществления аэрации исходной воды, когда в фильтрационной загрузке используется реагентный обезжелезивающий материал или материал, описанный в документе [5], аналогичны рассмотренным выше, с той лишь разницей, что вентиль 7 всегда закрыт, и подача воды в фильтрационные узлы всегда осуществляется через вентиль 6, т.е. минуя эжектор 5. В этом случае производительность установки более высока благодаря отсутствию в линии подачи воды на
фильтрацию эжектора, скорость прохождения через который потока воды ограничена. На фиг.11 показано положение запорно-регулирующих устройств в случае, когда фильтрация сначала осуществляется во втором узле 2, а затем - в первом узле 1. В этом случае открыты вентиль 6 и краны 23, 21, 12, а закрыты вентиль 7 и краны 13, 11, 22. Оба многоходовых ручных клапана 16, 26 находятся в первом положении (см. фиг.3а). Подача реагента для регенерации реагентного обезжелезивающего материала может быть осуществлена непосредственно на вход 41 входного тройника 4, временно отключаемый от источника исходной воды.
Входной гидроаккумулятор 99 с реле давления и манометром, блок 10 финишной доочистки воды с фильтрами 101, 102 и жидкостный ротаметр 300 для визуального контроля скорости прохождения потока очищаемой воды могут входить в состав установки при любом виде применяемого обезжелезивающего материала в фильтрационной загрузке. Одновременное наличие этих вспомогательных узлов в установке придает ей дополнительные потребительские качества и удобство эксплуатации.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации на изобретение №2201402, опубл. 27.03.2003.
2. Свидетельство Российской Федерации на полезную модель №25504, опубл. 10.10.2002.
3. Патент Российской Федерации на изобретение №2165897, опубл. 27.04.2001.
4. Патент Российской Федерации на полезную модель №47251, опубл. 20.11.2005.
5. Международная заявка WO 2007/11531, опубл. 04.10.2007.