УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для комплексной очистки природной воды с получением питьевой воды с улучшенными свойствами, может применяться в коммунальном хозяйстве, медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других областях.
Известна установка для очистки питьевой воды, содержащая полый корпус с подводящим патрубком в нижней части, крышку, отводящий патрубок и расположенный в полости корпуса очищающий комплекс, при этом корпус выполнен в виде колонны с опорами, нижний торец которой установлен на комбинированном основании и соединен с ним муфтой, а подводящий патрубок снабжен магнитной вставкой и последовательно соединен с редуктором воды (см. патент на изобретение RU №2183980, B01D 24/16, оп. в 2002 г.). Известная установка может быть использована в бытовых и производственных условиях для очистки питьевой воды от присутствия взвесей химических элементов и их соединений, вредных для организма человека. Но ее использование не обеспечит комплексную эффективную очистку воды.
Известно устройство магнитной очистки и обработки воды, включающее цилиндрический корпус, магнитную систему из постоянных магнитов, при этом магнитная система состоит из двух идентичных подсистем, расположенных в цилиндрическом корпусе одноименными полюсами друг к другу и состоящих из двух постоянных магнитов кольцевой формы, обращенных друг к другу разноименными полюсами, а корпус имеет поперечный по отношению к его продольной оси паз, в котором между одноименными полюсами двух магнитных подсистем расположен трубопровод (см. патент на изобретение RU №2333895, C02F 1/48, оп. в 2008 г.). Это компактное устройство эффективно используется в системах водоподготовки, но предполагает использование дополнительных средств обработки воды.
Известна установка для получения очищенной биологически активной целебной питьевой воды, содержащая трубчатый корпус, имеющий последовательно расположенные участок с постоянными магнитами, разноименные полюса которых расположены диаметрально противоположно друг другу, и участок переменного сечения с конусообразным расширением, последовательным чередованием полюсности пар и конусообразным сужением (см. патент RU на изобретение №2098358, C02F 1/48, оп. в 1997 году). Эти способ и устройство позволяют частично улучшить качество питьевой воды за счет ее магнитной обработки, но недостаточная по времени магнитная обработка не позволяет добиться высоких результатов очистки.
Известна установка для подготовки питьевой воды, содержащая корпус, имеющий подающий и отводящий патрубки, дренажную систему с верхними и нижними дренажами и размещенную в корпусе сыпучую загрузку в виде расположенных последовательно в корпусе фильтровальных секций, содержащих материал природного происхождения - кварцевый песок и антрацит, а также инертный полимерный материал, подающий патрубок которой с одной стороны подсоединен к корпусу снизу, а с другой стороны соединен гидравлической магистралью с первым клапаном, отводящий патрубок подсоединен к выпускному патрубку корпуса сверху через второй клапан и дросселирующее устройство, внутри корпуса размещены три перегородки с герметизацией их по всему периметру таким образом, что они вместе со стенкой корпуса образуют три расположенные последовательно снизу вверх камеры: двухступенчатую камеру механической фильтрации, камеру обеззараживания и камеру финишной обработки, которые заполнены фильтрующими загрузками, первая перегородка с рядом отверстий, выполненных с одной ее стороны у ее края, размещена горизонтально внутри корпуса у его дна с зазором, в нижней части корпуса параллельно первой перегородке размещена вторая перегородка с рядом отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия в первой перегородке, в средней части корпуса параллельно второй перегородке размещена третья перегородка с рядом отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия во второй перегородке и выпускной патрубок корпуса, между первой и второй перегородками в двухступенчатой камере механической фильтрации размещены первая фильтровальная секция - слой классифицированного антрацита с каталитической добавкой, вторая фильтровальная секция - слой кварцевого песка и третья фильтровальная секция - пакет из волокнистого амфотерного полимерного материала, причем между фильтровальными секциями и между составляющими третьей фильтровальной секции размещены полипропиленовые сетки, между второй и третьей перегородками в камере обеззараживания размещены последовательно снизу вверх четвертая фильтровальная секция - слой смеси йодсодержащей смолы с активированным углем, а также пятая фильтровальная секция - пакет из углеграфитовых и амфотерных полимерных материалов, и магнитная камера, состоящая из набора постоянных магнитов, установленных так, чтобы силовые линии магнитного поля были направлены перпендикулярно направлению движения обрабатываемой воды (см. патент на изобретение RU №2297389, C02F 1/28, оп. в 2007 г.). Известное устройство более универсально, чем предыдущие технические решения, но эффективность достигается за счет неоправданного усложнения устройства, что приводит к значительному удорожанию очищенной питьевой воды.
Известно устройство для обработки жидкости, включающее трубку Вентури, состоящую из конфузора, горловины и диффузора, полусферические электроды, расположенные перед трубкой Вентури в области конфузора, генератор импульсов тока, подключенный через формирующий разрядник к полусферическим электродам, отличающееся тем, что содержит отражатель, расположенный перед полусферическими электродами по другую сторону от трубки Вентури, источник магнитного поля, установленный после трубки Вентури, и фильтр, расположенный после источника магнитного поля (см. патент на полезную модель RU №124260, C02F 1/46, оп. в 2013 г.). В этом устройстве воду подвергают высоковольтной обработке, что приводит к принципиальному изменению ее химических и физических свойств. Это оправдано при необходимости обеззараживания воды, но нецелесообразно для обработки питьевой воды с целью улучшения ее физических и химических свойств.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является установка для комплексной очистки питьевой воды, включающая емкость с аэрационной камерой, имеющей входной патрубок, придонные аэраторы и устройство для подачи воды на очистку, магнитную камеру, устройство ультрафиолетовой обработки воды, пассивный фильтр и накопитель очищенной воды, причем аэрационная камера связана с магнитной камерой посредством устройства для подачи воды, а устройство ультрафиолетовой обработки воды установлено последовательно за магнитной камерой и связано с пассивным фильтром (см. патент на изобретение RU №2443638, C02F 9/12, оп. в 2012 г.). Эта установка позволяет уменьшить энергозатраты на очистку воды при достижении безаварийного режима. Однако процесс микроминерализации растворенных в воде солей в известной установке происходит недостаточно интенсивно, поэтому требуется много времени на полную очистку питьевой воды.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи повышения скорости микроминерализации растворенных в воде солей при увеличении скорости окисления молекул ее загрязнителей и уменьшении энергозатрат на очистку воды, а также повышения надежности работы установки в зимний период.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что установка для очистки питьевой воды, включающая двухкамерную емкость, имеющую подающий трубопровод, магнитный активатор, пассивный фильтр, отводящий трубопровод и систему транспортирования воды, снабжена несколькими эжекторами, при этом выходной конец одного эжектора связан трубопроводом с придонной зоной входной камеры, а выходной конец второго связан трубопроводом с придонной зоной выходной камеры, следующие эжекторы равномерно распределяются между камерами, причем перегородка между камерами выполнена с отверстием в придонной зоне, снабженным обратным клапаном от выходной камеры в приемную. Один эжектор может быть расположен на подающем трубопроводе. Система транспортирования воды включает расположенный в первой камере насос с трубопроводом для последовательной подачи воды к магнитному активатору и пассивному фильтру и расположенный во второй камере насос с трубопроводом для параллельной подачи воды к эжекторам, при этом насос второй камеры дополнительно связан с отводящим трубопроводом. Эжекторы снабжены расположенными в конфузоре под углом к направлению движения воды закручивающими лопатками, связаны с системой подачи воздуха и снабжены расположенными в диффузоре продольными стабилизаторами.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображена установка для очистки питьевой воды со спаренными эжекторами (1 вариант). На фиг.2 - установка для очистки питьевой воды с разнесенными эжекторами (2 вариант). На фиг.3 - эжектор в сечении. На фиг.4 - эжектор, вид снизу. На фиг.5 - традиционная схема расхода питьевой воды. На фиг.6 - схема расхода воды в новой установке.
Установка для очистки питьевой воды по первому варианту исполнения включает двухкамерную емкость 1 с входным патрубком 2, связанным посредством трубопровода 3 с насосом 4, расположенным в скважине или колодце 5. Между камерами 6 и 7 емкости 1 расположена перегородка 8, имеющая отверстие в нижней зоне для перетекания воды из камеры 7 в камеру 6. В этом отверстии расположен обратный клапан 9. Камера 6 оснащена поплавковым датчиком 10 уровня воды, связанным электропроводом 11 с насосом 4. В придонной области камеры 6 расположен насос 12, на трубопроводе 13 которого расположен магнитный активатор 14 и манометр 15. Трубопровод 13 связан выходным концом с пассивным фильтром 16 механической очистки. Фильтр 16 снабжен выходным трубопроводом 17 для подачи первично очищенной воды в верхнюю зону камеры 7 и трубопроводом 18 промывки. Камера 7 является резервуаром очищенной воды с непрерывным циклом ее обработки. В придонной области камеры 7 расположен насос 19. Трубопровод 20 насоса 19 предназначен для подачи воды на дополнительную обработку в эжекторах 21 и 22. Эжекторы 21 и 22 имеют конструкцию, изображенную на фиг.3 и 4. Насос 19 снабжен обратным клапаном 23, электроклапаном 24 с электроприводом 25 и таймером 26.
Концевая часть трубопровода 20 связана с входными зонами эжекторов 21 и 22. В зоне максимального сужения эжекторов 21 и 22 расположены выходные концы воздушного трубопровода 27 с обратными клапанами 28. Воздушный трубопровод 27 системы подачи воздуха имеет регулирующий вентиль 29 вакуума. Выходная зона эжектора 21 связана трубопроводом 30 с камерой 6. Выходной конец трубопровода 30 находится в нижней зоне камеры 6. Выходная зона эжектора 22 связана трубопроводом 31 с камерой 7. Выходной конец трубопровода 31 находится в нижней зоне камеры 7.
Трубопровод 20 предназначен для подачи чистой воды потребителям в трубопровод 32. Трубопровод 32 снабжен гидроаккумулятором 33 с эластичной мембраной 34, реле 35 давления и манометром 36. Манометр 36 связан посредством электропровода 37 с насосом 19.
На фиг.2 показан вариант установки для очистки питьевой воды с разнесенными эжекторами 38 и 39. Эта установка включает двухкамерную емкость 1. Между камерами 6 и 7 емкости 1 расположена перегородка 8, имеющая отверстие в нижней зоне для перетекания воды из камеры 7 в камеру 6. На трубопроводе 3 насоса 4 расположен эжектор 38 с трубопроводом 30, выходной конец которого расположен в нижней зоне камеры 6. Камера 7 имеет конструкцию, аналогичную изображенной на фиг.1, отличающуюся наличием только одного эжектора 39 на выходном конце трубопровода 20. Воздушная магистраль 40, снабженная регулирующим вентилем 29 вакуума, связана с самой узкой зоной эжектора 38 трубопроводом 41 с обратным клапаном 28, а с самой узкой зоной эжектора 39 трубопроводом 42.
На фиг.3 и 4 схематично показана конструкция эжектора 21 в сечении. Аналогичную конструкцию имеют эжекторы 22, 38 и 39. В конической части конфузора 43 под углом к направлению потока воды расположены закручивающие лопатки 44. Выходной конец 45 воздушного трубопровода 27 расположен в зоне 46 максимального сужения эжектора 21 с образованием всасывающей камеры 47. В диффузоре 48 эжектора 21 расположены продольные стабилизаторы 49.
На фиг.5 показана традиционная схема расхода воды в системе ее подачи к потребителю, а на фиг.6 изображена схема расхода воды в описанной установке, оснащенной либо эжекторами 21 и 22 (фиг.1), либо эжектором 39 (фиг.2).
Установка для очистки питьевой воды работает следующим образом. В варианте, изображенном на фиг.1, в камеру 6 для первичной обработки вода поступает из скважины 5 через патрубок 2. Ее уровень регулируют поплавковым датчиком 10, связанным с насосом 4. В придонную зону камеры 6 поступает вода, насыщенная воздухом, через трубопровод 30 от эжектора 22. Воздух, подаваемый вместе с водой трубопроводом 30, интенсивно аэрирует воду, находящуюся в камере 6. Природная вода содержит в качестве загрязнителей в основном соединения железа и марганца, а также липучую мелкодисперсную взвесь коллоидного типа, поэтому возникает первоочередная необходимость в нейтрализации и удалении этих примесей. В камере 6 вода насыщается кислородом при соприкосновении с пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубопровода 30, а металлические примеси при этом окисляются.
Насос 12, предназначенный для откачивания воды из придонной зоны камеры 6, подает ее в сложное магнитное поле магнитного активатора 14. Попадая в магнитный активатор 14, биполярные по природе диполи воды подвергаются действию меняющегося по ходу движения воды магнитного поля, что создает пульсирующий характер воздействия на диполи воды. Мелкодисперсная взвесь коагулируется, соли жесткости микроминерализуются и приобретают свойство объемной кристаллизации, начинается рост множественных микрокристаллов нерастворимых в воде форм. Воду, обработанную в магнитном активаторе 14, подают к пассивному фильтру 16 механической очистки, который может иметь различную конструкцию и различную загрузку. Например, фильтр 16, наполненный кварцевым песком, не только хорошо очищает воду от механических примесей, но и хорошо промывается сам по мере необходимости. Все твердые частички, находящиеся в воде, отфильтровываются фильтром 16, и в камеру 7 поступает очищенная вода.
Поступающую из фильтра 16 в циркуляционную камеру 7 воду дополнительно подвергают интенсивной аэрации с помощью трубопровода 31, подающего насыщенную воздухом воду от эжектора 21 в камеру 7. Поскольку в придонной зоне емкости 1 в перегородке 8 выполнено отверстие с обратным клапаном 9, то работа насоса 12 обеспечивает непрерывную циркуляцию воды из камеры 7 в камеру 6, создавая первый контур циркуляции. Насос 19, расположенный в придонной зоне камеры 7, выполняет разные функции: подает очищенную воду к потребителю в трубопровод 32, транспортирует воду к эжекторам 21 и 22 для дополнительной обработки с кавитационным эффектом, а также обеспечивает непрерывную циркуляцию воды в камере 7, создавая второй контур циркуляции.
Рассмотрим эффект кавитации на примере работы эжектора 21. К эжектору 21 подается вода, обработанная путем аэрации в камерах 6 и 7 и подвергнутая воздействию сильных переменных магнитных полей в активаторе 14. В эжекторе 21 вода, увеличивая скорость потока в струе свыше 30 м/с и закручиваясь вдоль лопаток 44, обеспечивает возникновение интерференционных зон на выходе в диффузоре 48. Поступающий в область разрежения камеры 47 эжектора 21 воздух, захватывается потоками воды. Частички воды сталкиваются в узлах 50 и, продолжают свое ломаное движение в диффузоре 48 до соприкосновения с продольными стабилизаторами 49. Потоки воды тормозятся, образуются кавитационные пустоты, заполняемые растворенными газами, воздух продолжает перемешиваться с водой, а в зонах кавитации и интерференционных энергетических зонах образуются радикалы атомов кислорода и водорода. Процесс окисления оставшихся загрязнений воды многократно усиливается, это аналогично действию катализаторов при химических процессах, окисление происходит в доли секунды.
Очистка воды в установке происходит без использования химических и иных реагентов. Однако процессы объемной кристаллизации имеют медленный характер. Усилению и ускорению этих процессов способствует многократное прохождение воды через магнитный активатор 14 и эжекторы 21 и 22. Образование двух контуров циркуляции воды: между камерами 6 и 7 и внутри камеры 7 обеспечивает постоянную циркуляцию воды в емкости 1 и способствует ее полному очищению, исключая застаивание воды при длительном хранении, поддерживая питьевую воду в очищенном состоянии независимо от объемов потребления в течение суток. При этом все процессы воздействия на воду многократно повторяются с циркуляцией очищаемой воды, значительно повышается ее качество.
Благодаря использованию эжекторов 21 и 22, связанных с трубопроводом 32 гидроаккумулятора 33, вода в трубопроводе 32 и в гидроаккумуляторе 33 не застаивается, т.к. часть ее постоянно засасывается в эжекторы 21 и 22, этим обеспечивается возвратно-поступательное движение воды между гидроаккумулятором 33 и установкой. Этот процесс схематично отображен на фиг.6. Особенно важным этот эффект является для условий зимней эксплуатации трубопровода 32 на открытом воздухе при переходе между установкой для очистки воды и помещением. В традиционной схеме эксплуатации системы водоснабжения домов для того, чтобы избежать замерзания подающего воду трубопровода, его либо закапывают в грунт ниже глубины промерзания, либо снабжают тепловым проводом. Вышеописанная конструкция позволяет избежать замерзания трубопровода 32, т.к. вода в нем движется непрерывно, меняя направление течения, в сторону потребителя или в сторону эжекторов 21 и 22. Также важно и то, что кавитация в эжекторах ведет к нагреву воды, что исключает снижение ее температуры при отсутствии разбора.
В варианте, изображенном на фиг.2, последовательность воздействия на воду имеет несколько иной характер. Воздействию эжектора 38 вода подвергается сразу после поступления из скважины 5, а затем поступает в камеру 6. Воздух, которым насыщена вода после прохождения через эжектор 38, кроме произведенного процесса окисления загрязнений воды, непрерывно перемешивает воду в камере 6. Все остальные элементы установки работают также как в случае, представленном на фиг.1.
Таким образом, в заявленной установке вода проходит несколько ступеней непрерывной повторяющейся очистки, умягчается, освобождается от солей, взвесей, химических элементов, вибрионов и болезнетворных бактерий, насыщается кислородом, приобретая полезные для потребителя свойства.
Экспериментальные исследования установки для очистки питьевой воды показали, что качество полученной в установке питьевой воды не изменяется в течение суток и не зависит от времени года и погодных условий.
Заявленная установка для очистки питьевой воды обеспечивает упрощение конструкции при уменьшении расхода энергии на обработку воды и повышении надежности ее работы. Комбинированное воздействие процессов аэрации, магнитной активации и кавитации воды на молекулы загрязнителей значительно увеличивает окислительный потенциал всех реакций в установке, способствуя улучшению качества очистки воды. Установка отличается простотой исполнения, экономичностью в работе и в обслуживании. Может быть использована в дачных, сельских и коттеджных вариантах.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленной полезной модели, заключается в улучшении очистки питьевой воды и упрощении установки, уменьшении энергозатрат на очистку воды при достижении безаварийного режима и повышении надежности ее работы.