МАЛОГАБАРИТНАЯ СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для очистки воды, а более конкретно - к удалению железа, марганца, разнообразных органических веществ и других загрязнителей из природной, преимущественно подземной, воды путем предварительного окисления кислородом загрязнителей воды, интенсификации дальнейшей очистки воды и предотвращения вторичного загрязнения, и может быть использована, преимущественно, для получения питьевой воды в удаленных вахтовых поселках, коттеджах.
Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используются озонирование [1. Патент РФ на изобретение №2228916, МПК C02F 9/04], кавитация [2. Авт. свидетельство СССР №1502481, МПК C02F 1/64], фильтрование [[1], 3. Патент РФ на полезную модель №35730, МПК B01D 24/48, F16K 15/04; 4. Патент РФ на изобретение №2225243, МПК B01D 24/10, 24/38]. Аналогами для заявляемой установки являются автоматическая фильтровальная установка для очистки воды и гидрозатворы для этой установки по патенту РФ №35730 кл. B01D 24/48, F16K 15/04. [5], установка для очистки воды озонированием по патенту на изобретение РФ №2228916, МПК C02F 9/04 [1], мобильная малогабаритная водоочистная станция по патенту на полезную модель РФ №111127, МПК C02F 1/00 (2006.01) [6]. Установка по патенту РФ №35730 содержит фильтр с фильтрующим материалом, систему трубопроводов для подвода и отвода воды, снабженных насосами, обратными клапанами и гидрозатворами, а также устройство для измерения давления, соединенное с фильтром и блоком управления процессом фильтрования. Установка по патенту на изобретение РФ №2228916, МПК C02F 9/04 [1] содержит камеру окисления (озонирования), кавитатор, напорный фильтр, эжектор, связанный с генератором озона. Установка [1] обеспечивает эффективную очистку воды от загрязнителей, но неудобна для перемещения, поскольку требуется разборка и сборка на новом месте. Станция [6] содержит установку для очистки воды, в состав которой входят соединенные трубопроводами сетчатый фильтр, камера окисления с размещенным внутри не кавитатором, эжектор и насос, соединенные с камерой окисления в циркуляционный контур, система автоматического управления, напорный фильтр, насосы, камера коагуляции, накопитель чистой воды. Установка с помощью закладных деталей закреплена в блок-боксе, что обеспечивает ее мобильность. Недостаток станции [6]: недостаточная приспособленность для предохранения очищенной воды от возможного микробного загрязнения при медленном разборе воды.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сути является мобильная малогабаритная водоочистная станция по патенту на полезную модель РФ №122086, МПК C02F 1/52, C02F 1/78, C02F 9/02 (2006.01) [7]. Станция содержит установку для очистки воды, смонтированную в блок-боксе контейнерного типа из листовой стали и включающую вентиль, входной сетчатый фильтр, с которым соединена трубопроводом камера окисления, при этом внутри камеры окисления установлены измеритель уровня воды, взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, и кавитатор, расположенный выше верхнего заданного уровня воды. Кроме того, в состав установки [7] входят эжектор и насос, соединенные трубопроводами с кавитатором в циркуляционный контур; напорный фильтр, две соединенные между собой камеры коагуляции, одна из которых соединена с камерой окисления, а другая соединена через второй насос и обратный клапан с напорным фильтром, накопитель чистой воды с измерителем уровня воды, соединенный с напорным фильтром непосредственно трубопроводом и, дополнительно, для промывки напорного фильтра, соединенный с ним через третий насос и второй обратный клапан. Кроме того, для дезинфекции чистой воды установка содержит озонатор, соединенный с блоком питания и фильтром для очистки воздуха, и кавитатор, расположенный внутри накопителя чистой воды, который соединяется со вторым эжектором и насосом в циркуляционный контур. К накопителю чистой воды присоединен блок разложения остаточного озона. В установке имеются манометры для контроля давления в системе подачи исходной воды и в напорном фильтре. Для обеспечения слива емкости снабжены соответствующими вентилями, напорный фильтр - гидроклапаном, а в полу блок-бокса имеются отверстия. Снаружи блок-бокса станция [7] снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом с накопителем чистой воды. Станция по [7] принята за прототип заявляемой станции. Она обеспечивает эффективную очистку и дезинфекцию воды.
Однако предлагаемая по патенту №122086 станция недостаточно приспособлена для очистки вод с большим содержанием органических веществ, характерных для северных районов Сибири. Цветность таких вод достигает 100-120 градусов по шкале цветности, запах 3-5 баллов. Кроме того, в такой воде повышено, по сравнению с ПДК, содержание кремния, железа, марганца в виде комплексных и коллоидных соединений. Специфический химический состав высокоцветных маломинерализованных вод требует применения дополнительных технологических приемов при очистке от загрязнителей, что не предусмотрено в схеме водоочистки по патенту №122086.
Задача изобретения: одновременно с мобильностью установки обеспечить эффективную очистку маломинерализованной воды с высокой цветностью от взвешенных частиц, бактериальных и органических загрязнителей в автономном режиме, а также при суровых климатических условиях.
Технический результат, позволяющий решить задачу, заключается в обеспечении дополнительной стадии сорбции - фильтрования для удаления органических загрязнителей воды.
Задача решена следующим образом.
Мобильная малогабаритная станция очистки воды, как и прототип, содержит установку для очистки воды, смонтированную в блок-боксе контейнерного типа, выполненном из листовой стали. Установка для очистки воды содержит входной сетчатый фильтр с вентилем и камеру окисления. Внутри камеры окисления установлены измеритель уровня воды, взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, и кавитатор, расположенный выше верхнего заданного уровня воды. Как и в прототипе, с кавитатором соединены трубопроводами в циркуляционный контур эжектор и насос. Установка содержит напорный фильтр, две последовательно соединенные трубопроводом камеры коагуляции, первая из которых связана с камерой окисления, а вторая через второй насос и обратный клапан - с напорным фильтром, накопитель чистой воды, соединенный с напорным фильтром непосредственно трубопроводом и дополнительно - через третий насос и второй обратный клапан. Внутри напорного фильтра установлены второй измеритель уровня воды и второй кавитатор, расположенный выше верхнего заданного уровня. Со вторым кавитатором соединены трубопроводами в циркуляционный контур второй эжектор и четвертый насос. Общим с прототипом является также то, что в состав установки входят озонатор, блок питания для озонатора, фильтр для очистки воздуха, с которым соединен озонатор, блок разложения остаточного озона, присоединенный к накопителю чистой воды, и два манометра, один из которых служит для контроля давления в системе подачи исходной воды, а другой - для контроля давления воды в напорном фильтре. Как и в прототипе, пол блок-бокса выполнен с отверстиями для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды, емкости снабжены соответствующими вентилями для обеспечения слива, а напорный фильтр - гидроклапаном. Снаружи блок-бокса станция очистки воды снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом через третий обратный клапан и пятый насос с накопителем чистой воды.
В отличие от прототипа установка для очистки воды дополнительно содержит сорбционно-фильтрующий элемент с картриджем из гранулированного активированного угля, преимущественно - из скорлупы кокосов, вход которого соединен трубопроводом с накопителем чистой воды, а выход, тоже трубопроводом, - с напорным фильтром. На соответствующем трубопроводе перед входом и выходом сорбционно-фильтрующего элемента дополнительно установлены вентили.
Для повышения компактности станции камеры окисления и коагуляции, как и в прототипе, могут иметь поперечное сечение в виде эллипса, а насосы закреплены на соответствующих их расположению емкостях.
Камера окисления в частном случае может быть снабжена поплавковым клапаном и переливной магистралью, расположенной выше уровня удержания воды поплавковым клапаном.
Для суровых климатических условий пол и стены блок-бокса целесообразно выполнять утепленными, например, с помощью минеральной плиты, закрытой оцинкованным листом. Для удобства обслуживания двери блок-бокса могут быть выполнены двухстворчатыми, а для обеспечения подъема и спуска блок-бокса при транспортировке крыша блок-бокса может быть снабжена монтажными петлями. Помимо этого, станция может дополнительно быть оснащена микроконтроллером, с помощью которого можно автоматически управлять работой установки для очистки вод.
Полезная модель обладает новизной, поскольку в известных источниках информации не выявлено устройств, характеризующихся той же совокупностью признаков, что и заявляемая малогабаритная станция очистки воды. На чертеже представлена блок-схема установки для очистки воды.
Малогабаритная станция очистки воды содержит блок-бокс, в котором с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды. Корпус блок-бокса может быть изготовлен из листовой стали (Ст.3 или другой марки с близким качеством) толщиной 2 мм. В полу имеются технологические отверстия для слива воды (при освобождении емкостей перед транспортировкой, для сброса грязной промывной воды, для аварийных ситуаций во избежание замерзания воды).
Для исключения поломок при транспортировке должна быть предусмотрена станина сварная (например, из швеллера №12 или №10), которая создает прочность конструкции блок-бокса. Пол выполнен из листовой стали толщиной 3 мм. Поперечные и встроенные по периметру ребра из уголка обеспечивают жесткость всех стенок бокса. Пол и стены утеплены (например, минеральной плитой). Стены после утепления закрываются оцинкованным листом толщиной 0,55 мм.
Для удобства размещения оборудования двери выполнены двухстворчатыми, распашными, общей шириной 1,6 м. При работе станции в штатном режиме с целью энергосбережения используется только одна створка двери. Для максимальной полноты использования площади блок-бокса, удобства размещения (легко проходит в дверь) камера окисления и камера коагуляции выполнены в виде емкостей с эллипсовидным сечением для компактной установки комплектующих узлов станции.
Для удобства при транспортировке блок-бокс оснащен четырьмя подвесами (монтажными петлями), обеспечивающими быстрый и надежный подъем и перемещение. Станция легко транспортируется к удаленным местам (например, на вахтовые поселки или в точки ЧС) при помощи вертолета МИ-8 (если нет дорог), а также автомобильным, водным, железнодорожным видами транспорта.
Установка для очистки воды содержит камеру окисления 1, изготовленную из нержавеющей стали, выполненную в виде закрытой цилиндрической емкости (с сечением, например, в виде эллипса) с крышкой. Вода в камеру окисления 1 поступает после прохождения через входной сетчатый фильтр 2, скорость потока регулируется вентилем 3. Внутри камеры 1 выше верхнего заданного уровня воды размещен кавитатор, а также измеритель уровня воды и поплавковый клапан. Кавитатор соединен с эжектором и насосом в циркуляционный контур. Камера окисления 1 соединена с камерами коагуляции 4 и 5, соединенными последовательно, выполненными каждая из нержавеющей стали в виде закрытой цилиндрической емкости с крышкой с сечением, например, в виде эллипса и конусообразными днищами. Камера коагуляции 5 через второй насос и обратный клапан соединена с напорным фильтром 6, выполненным в виде цилиндрического корпуса с конусообразными крышкой и днищем, который содержит зернистый фильтрующий материал. Напорный фильтр 6 соединен с накопителем чистой воды 7 и с системой автоматической промывки. Для подачи чистой промывной воды из накопителя чистой воды 7 в напорный фильтр 6 служат третий насос и второй обратный клапан (на чертеже не показаны). Для сброса грязной промывной воды служит гидроклапан.
Установка содержит также озонатор 8, с которым через эжектор 9 соединен накопитель чистой воды 7. Внутри накопителя 7 размещены кавитатор, измеритель уровня воды и поплавковый клапан (на чертеже не показаны). Кавитатор, расположенный внутри накопителя, соединен с эжектором 9. Накопитель чистой воды 7, насос 10, эжектор 9 и кавитатор соединены между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Через эжектор 9 в накопитель чистой воды поступает озоно-воздушная смесь. Озон для нее вырабатывается в озонаторе 8. Озонатор 8 соединен с блоком питания 11, снабжающим его электричеством, и фильтром для очистки воздуха 12. К накопителю чистой воды 7 присоединен блок разложения остаточного озона 13, служащий для удаления избыточного количества озона до безопасного уровня. Вода, содержащаяся в накопителе чистой воды 7, может быть дополнительно очищена в сорбционно-фильтровальном элементе 14 с гранулированным угольным картриджем, соединенном с накопителем 7 и напорным фильтром 6.
Очищенная вода отводится от накопителя чистой воды 7 потребителю. Для удобства потребления воды имеется водоразборный кран (на чертеже не показан), соединенный с накопителем чистой воды 7 через четвертый насос и третий обратный клапан и смонтированный на стене блок-бокса.
Станция работает следующим образом.
Сборка и первичное испытание станции производятся в заводских условиях, на месте - окончательный монтаж, технологические испытания. Подача воды для очистки может осуществляться из скважины или открытого водоема. Электрооборудование станции может работать как от сети, так и от автономного источника электропитания.
Исходная вода поступает через входной сетчатый фильтр 2 в камеру окисления 1, где обогащается кислородом воздуха и освобождается от сопутствующих газов. Для контроля давления в системе подача исходной воды используется манометр. Обогащенная воздухом вода поступает в камеру коагуляции 4, где находится около 60 мин. для завершения процессов окисления, деструкции, кристаллизации и коагуляции. Затем вода направляется во вторую камеру коагуляции 5, где продолжается осаждение частиц загрязнителей. Конусообразные днища камер 4 и 5 снабжены закрывающимися отверстиями для удаления накопившегося осадка.
После достижения желаемого эффекта система с помощью гидравлических клапанов и затворов (на чертеже не показаны) переключается на перекачивание воды в напорный фильтр 6 для удаления осадка (преимущественно железосодержащего). Для контроля давления воды в напорном фильтре 6 используется второй манометр. Фильтр 6 работает в автоматическом режиме, длительность фильтроцикла и регенерации задаются на основании контролируемых показателей. Очищенная вода направляется в накопитель чистой воды 7, из которого поступает к потребителю.
По мере загрязнения напорного фильтра 6 осуществляют его промывку. Вода для промывки поступает из накопителя чистой воды 7 с помощью насоса и обратного клапана (не показаны). Грязная после промывки вода сливается через гидроклапан.
В случае, если очищенная вода расходуется медленно или при длительном ее хранении в накопителе чистой воды 7 во избежание размножения микробов в застойных зонах, снижающего санитарно-гигиеническое качество воды, в установке для очистки воды предусмотрена обработка воды в накопителе чистой воды 7 озоном. Для этого вода в накопителе 7 обогащается озоно-воздушной смесью с помощью кавитатора, расположенного внутри накопителя 7, эжектора 9, озонатора 8, циркулируя по трубопроводу циркуляционного контура в течение 5-10 мин. Циркуляция обеспечивается насосом 10. Возможно использование любого известного из уровня техники кавитатора, в том числе кавитатора по патенту на изобретение РФ №2228916, который обеспечивает высокую степень диспергирования воды и газов. После завершения обработки озоно-воздушной смесью включается блок разложения остаточного озона 13 для удаления избытка озона, чтобы концентрация остаточного озона была не более 0,3 мг/л.
2
В отличие от прототипа, заявляемая установка содержит дополнительную линию для доочистки воды от органических веществ, включающую сорбционно-фильтровальный элемент 14. При высоком содержании в исходной воде органических веществ, устойчивых к окислению, именно в накопителе 7 в конечном итоге накапливаются те органические вещества, которые образовались в результате медленного окисления исходных фульво- и гуминовых кислот и их производных под воздействием кавитации, кислорода и озона. Наиболее эффективным и экологически безопасным способом их удаления является адсорбция. Из накопителя чистой воды 7 вода с примесями остаточных органических веществ подается на сорбционно-фильтровальный элемент 14, где эти примеси поглощаются активированным углем преимущественно - марки CarbonutWT, например, кокосовый уголь CarbonutWT D816 с гранулами размером 8×16 mesh USS удельной поверхностью 1100 м/г, прочностью 99%). Картридж патронного типа высотой 1 м, диаметром 200 мм, легко вставляется и вынимается. На входе и выходе элемента 14 имеется два вентиля, позволяющих регулировать скорость сорбции-фильтрации или исключать картридж из технологической цепочки. Очищенная в сорбционно-фильтровальном элементе 14 вода поступает в напорный фильтр, а из него - в накопитель 7. Такая компоновка дополнительной линии экономична, не энергозатратна. Активированный уголь из скорлупы кокосовых орехов обладает высокой адсорбционной способностью и высокой механической прочностью. После загрязнения картриджа он заменяется на другой, а загрязненный адсорбент регенерируется при специальных технологических условиях водяным паром.
Аналогично установке по патенту №122086 при необходимости транспортировки станции вода из всех ее узлов удаляется через сливные вентили и сливается из насосов после разгерметизации фланцев, указанных в инструкции по эксплуатации. Перед транспортировкой проверяется надежность крепления оборудования, при необходимости подтягивается крепеж. Подъем и перемещение станции осуществляется при помощи разборных такелажных скоб диаметром 25 мм, каждая из которых выдерживает нагрузку 2 тонны.
Полезная модель промышленно применима. Устройство прошло успешные испытания в производственных условиях, которые показали высокую степень очистки воды от органических загрязнителей природного и техногенного происхождения. Достоинством заявляемой станции для очистки воды является мобильность, длительное сохранение высоких санитарно-гигиенических показателей качества очищенной воды при малом расходовании, возможность очистки природных вод с высоким содержанием органических веществ. Устройство прошло испытания и успешно эксплуатируется на скважинах в вахтовых поселках на севере Томской области, Ханты-Мансийского АО.