УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Предлагаемая полезная модель относится к области подготовки воды, преимущественно питьевой, в полевых условиях, в том числе в зонах чрезвычайных ситуаций, в местах отсутствия электроэнергии из любых природных источников, скважин, колодцев, содержащих природные и техногенные загрязнения, а также а бытовых и коммунальных условиях при доочистке воды из водопроводной сети.
Известны различные конструкции установок для подготовки питьевой воды.
Известна, например, установка (фильтр) для подготовки питьевой воды по патенту США N 4913808, Н. кл. 210-93, 1990, содержащая корпус с подающим и отводящим патрубками и расположенные последовательно в корпусе фильтровальные секции: ионообменный слой из смеси катионита и анионита, бактерицидный слой и последний по ходу движения очищаемой воды - слой, содержащий активированный уголь.
Такой фильтр, хотя и позволяет очищать воду, однако, он плохо справляется с очисткой воды с повышенным содержанием железа, в частности окисного, а виде высокодисперсных взвесей, обуславливающих низкие показатели по цветности.
Известна установка (фильтр) для подготовки питьевой воды по патенту РФ N 2078046, В 01 D 27/02, 1993, содержащая корпус, имеющий подающий и отводящий патрубки, и расположенные последовательно в корпусе фильтровальные секции: слой волокнистого полимерного материала, слой смеси анионита и катионита, слой йодсодержащего материала, слой волокнистого амфотерного материала, слой смеси активированного волокнистого угля и анионита.
Такой фильтр, хотя и позволяет очищать воду, однако, он имеет сильно ограниченный ресурс работы, т.к. в нем отсутствует надежная защита от мелкодисперсной взвеси и коллоидов, что приводит к быстрому засорению и забивке волокнистых материалов фильтрующей загрузки. Кроме этого, регенерация фильтра, содержащего смеси ионообменных смол, проводится с применением химических реактивов, что делает ее затруднительной в обычных бытовых, а тем более в полевых экстремальных условиях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту от его использования к заявляемому решению является известная установка (фильтр) для подготовки питьевой воды по свидетельству РФ на полезную модель N 29672, B 01 D 24/00, 2002, содержащая корпус, выполненный в виде вертикально ориентированной цилиндрической емкости и имеющий подающий и отводящий патрубки, а также дренажную систему с верхними и нижними дренажами.
Кроме этого, данная установка имеет размещенную а корпусе сыпучую загрузку в виде расположенных последовательно в корпусе фильтровальных секций, содержащих катионит, анионит и материал природного происхождения, например, кварцевый песок или антрацит с размером зерен от 2 до 4 мм, а также инертный полимерный материал в вида гранул фракции от 2 до 4 мм, выбранный из ряда: гранулированный полиэтилен, гранулированный полипропилен, и кроме этого содержит низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами при массовом соотношении между ними 1:1.
Такой фильтр, хотя и позволяет очищать воду, однако, он, так же, как и предыдущий, имеет сильно ограниченный ресурс работы, поскольку в нем отсутствует надежная защита от мелкодисперсной взвеси и коллоидов, что приводит к быстрому засорению и забивке волокнистых материалов фильтрующей выгрузки.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является расширение арсенала уже имеющихся технических средств определенного назначения в данной области путем существенного повышения эффективности процесса подготовки питьевой воды.
Данная задача решается в первую очередь «а счет технического результата от использования предлагаемой полезной модели, заключающегося в существенном повышении ресурса установки для подготовки питьевой воды, в повышении качества обработки исходной воды и в повышении производительности установки за счет повышения скорости фильтрации воды при обеспечении ее высокого качества, а также в обеспечении возможности замены применяемых веществ и материалов на более дешевые.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для подготовки питьевой воды, содержащей корпус, выполненный в виде вертикально ориентированной, например, цилиндрической, емкости и имеющий подающий (для грязной воды) и отводящий (для чистой воды) патрубки, а также 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,
во-первых, подающий патрубок с одной стороны подсоединен к корпусу снизу, а о другой стороны соединен гидравлической магистралью с первым (входным) клапаном,
во-вторых, отводящий патрубок подсоединен к выпускному патрубку корпуса сверху черва второй клапан и дросселирующее устройство,
в-третьих, 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: сендиментационную камеру, камеру обеззараживания и камеру финишной обработки, которые заполнены фильтрующими загрузками.
в-четвертых, первая перегородка с рядом отверстий, выполненных с одной ее стороны у ее края, размещена горизонтально внутри корпуса у его дна с зазором,
в-пятых, 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-шестых, в средней части корпуса параллельно второй перегородке размещена третья перегородка о рядом отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия во второй перегородке и выпускной патрубок корпуса,
в-седьмых, между первой и второй перегородками в сендимвнтационной камере размещены: первая фильтровальная секция - слой классифицированного антрацита (с каталитической добавкой - Граносита-П в количестве 5%) с размером зерен от 1,0 до 1,6 мм, вторая фильтровальная секция - слой кварцевого леска с размером зерен от 0,6 до 0,8 мм с высотой загрузки слоя кварцевого леска в два раза меньше высоты загрузки слоя классифицированного антрацита и третья фильтровальная секция - пакет из волокнистого амфотерного полимерного материала, причем между фильтровальными секциями и между составляющими третьей фильтровальной секции размещены полипропиленовые сетки с диаметром ячеек от 0,3 до 0,5 мм,
в-восьмых, между второй и третьей перегородками в камере обеззараживания размещены последовательно снизу вверх четвертая фильтровальная секция - слой смеси йодсодержащей смолы с активированным углем в объемных отношениях 1:1 с размером зерен йодсодержащей смолы и активированного угля от 0,3 до 0,5 мм, а также пятая фильтровальная секция - пакет из углеграфитовых и амфотерных полимерных материалов,
причем площадь внутренней поверхности пор полимерного материала составляет от 100 до 200 кв. м/г, а плотность упаковки - 0,01 кг/л, при этом между фильтровальными секциями размещена полипропиленовая сетка с диаметром ячеек от 0,3 до 0,5 мм,
в-девятых, между третьей перегородкой и верхней крышкой корпуса а камере финишной обработки размещена шестая фильтровальная секция -слой активированного угля о серебром с размерами зерен от 0,3 до 0,5 мм,
в-десятых, а магистрали между первым клапаном и подающим патрубком установлены вне корпуса и последовательно гидравлически соединены между собой механический предфильтр, состоящий их набора сит из нержавеющей стали о размером ячеек от 3,0 до 0,5 мм, и магнитная камера (муфта), состоящая ив набора постоянных магнитов, установленных так, чтобы силовые линии магнитного поля были направлены перпендикулярно направлению движения обрабатываемой воды,
в одиннадцатых, для работы а полевых условиях имеется приемный бак - накопитель исходной воды, гидравлически подключенный к первому клапану,
в двенадцатых, для повышения удобства эксплуатации к отводящему патрубку корпуса гидравлически подключен бак-аккумулятор очищенной воды, снабженный поплавковым затвором защиты от перелива.
Введение в конструкцию установки новых элементов, а также особое выполнение и особое расположение уже имеющихся и новых элементов позволяют обеспечить существенное повышение ресурса установки при повышении ее производительности и обеспечении высокого качества очищенной питьевой воды.
Заявляемая полезная модель пояснена чертежом, на котором представлена схема предлагаемой установки для подготовки питьевой воды.
Предлагаемая установка для подготовки питьевой воды содержит корпус 1, выполненный в виде вертикально ориентированной, например,
цилиндрической, емкости и имеющий подающий 2 {для обрабатываемой грязной воды) и отводящий 3 (для чистой воды) патрубки, причем подающий патрубок 2 с одной стороны подсоединен снизу к корпусу 1, а с другой стороны соединен гидравлической магистралью 4 с первым (входным) клапаном 5, при этом отводящий патрубок 3 подсоединен к выпускному патрубку 6 корпуса 1 сверху через второй клапан 7 и дросселирующее устройство 8. Кроме этого установка содержит дренажную систему, предназначенную для регенерации фильтровальных элементов и имеющую верхние и нижние дренажи, состоящие из верхнего регенерационного патрубка 9, подсоединенного через третий клапан 10 к выпускному патрубку 6 корпуса 1, и нижнего регенерационного патрубка 11, подсоединенного через четвертый клапан 12 к подающему патрубку 2.
Внутри корпуса 1 размещены три перегородки с герметизацией их по всему периметру таким образом, что они вместе со стенкой корпуса 1 образуют три расположенные последовательно снизу вверх камеры: сендиментационную камеру, камеру обеззараживания и камеру финишной обработки, которые заполнены фильтрующими загрузками.
Первая перегородка 13, имеющая ряд отверстий, выполненных с одной ее стороны у ее края, размещена горизонтально внутри корпуса 1 у его дна с зазором.
Вторая перегородка 14 размещена в нижней части корпуса над первой перегородкой 13 параллельно ей и имеет ряд отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия в первой перегородке 13.
Третья перегородка 15 размещена в средней части корпуса 1 над второй перегородкой параллельно ей и имеет ряд отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия во второй перегородке 14 и выпускной патрубок 6 корпуса 1.
Внутри корпуса 1 размещена сыпучая ватруха в виде расположенных последовательно следующих фильтровальных секций.
Между первой 13 и второй 14 перегородками в сендиментационной камере размещены: первая фильтровальная секция 16 - слой классифицированного антрацита (с каталитической добавкой - Граносита-П в количестве 5%) с размером зерен от 1,0 до 1,6 мм, вторая фильтровальная секция 17 - слой кварцевого песка с размером зерен от 0,6 до 0,8 мм с высотой загрузки слоя кварцевого песка в два раза меньше высоты загрузки слоя классифицированного антрацита и третья фильтровальная секция 18 - пакет ив волокнистого амфотерного полимерного материала, причем между фильтровальными секциями 16, 17, 18 и между составляющими элементами третьей фильтровальной секции 18 размещены полипропиленовые сетки 19 с диаметром ячеек от 0,3 до 0,5 мм.
Между второй 14 и третьей 15 перегородками в камере обеззараживания размещены последовательно снизу вверх четвертая фильтровальная секция 20 - слой смеси йодсодержащей смолы а активированным углем в объемных отношениях 1:1 с размером верен йодсодержащей смолы и активированного угля от 0,3 до 0,5 мм, а также пятая фильтровальная секция 21 - пакет на углографитовых и амфотерных полимерных материалов, причем площадь внутренней поверхности пор полимерного материала составляет от 100 до 200 кв. м/г, а плотность упаковки - 0,01 кг/л, при этом между фильтровальными секциями 20 и 21 размещена полипропиленовая сетка 19 о диаметром ячеек от 0,3 до 0,5 мм.
Между третьей перегородкой 15 и верхней крышкой корпуса 1 в камере финишной обработки размещена шестая фильтровальная секция 22
- слой активированного угля с серебром с размерами верен от 0,3 до 0,5 мм.
Благодаря такой конструкции, очищаемая вода проходит целиком через всю фильтрующую загрузку, в течение максимально возможного времени оставаясь в контакте с ней. Это обеспечивает высокий уровень очистки от загрязнений (как механических, так и химических) и 100%-е обеззараживание исходной воды.
В магистрали 4 между первым клапаном 5 и подающим патрубком 2 установлены вне корпуса 1 и последовательно гидравлически соединены между собой механический предфильтр 23, состоящий их набора сит на нержавеющей стали о размером ячеек от 3,0 до 0,5 мм, и магнитная камера (муфта) 24, состоящая из набора постоянных магнитов, установленных так, чтобы силовые линии магнитного поля были направлены перпендикулярно направлению движения обрабатываемой воды.
Для работы в полевых условиях имеется приемный бак - накопитель исходной воды 25, который, по мере необходимости, гидравлически подсоединяется к первому (входному) клапану 5.
Предлагаемая установка для подготовки питьевой воды работает следующим образом.
В первом варианте использования установки при необходимости доочистки загрязненной водопроводной воды клапан 5, стоящий на входе в основную магистраль 4, подключают к водопроводной сети 26 и включают дроссельное устройство В, обеспечивающее заданный расход воды через установку для гарантированного обеспечения определенного высокого качества получаемой питьевой воды.
В том случае грязная вода поступает сначала на механический предфильтр 23, очищающий обрабатываемую воду от крупнодисперсной взвеси. После того вода проходит через магнитную камеру (муфту) 22, где она подготавливается к интенсивной очистке не только от ионов металлов, но и от мелкодисперсной взвеси, в том числе коллоидов.
Следует отметить то, что, как известно, магнитная обработка воды помавает - химическую активность, значение рН, что способствует осаждению ионов металлов (железа, хрома, цинка, алюминия и др.), которые полностью осаждаются при рН 7...8,5. В то же время вода природных источников, а также водопроводная вода содержит значительное количество мелкодисперсной взвеси, в том числе коллоиды, которые обладают больной липкостью.
При экспериментальной отработке предлагаемой установки было установлено, что магнитная обработка воды при индукции в зазорах между магнитами от 100 до 200 мТл способствует укрупнению мелкодисперсной взвеси, в том числе, коллоидов, и осаждению не только ионов металлов, но и органических примесей и бактерий.
+2
+3
После обработки магнитным полем вода поступает снизу вверх через подающий патрубок 2 вовнутрь корпуса 1 в пространство между дном корпуса 1 и первой перегородкой 13, затем, пройдя через отверстия в первой перегородке 13, вода проходит через сендиментационную камеру, включающую слой 16 классифицированного антрацита, на котором окисляются и осаждаются загрязнения органического и неорганического происхождения, в том числе и Fe→Fe, слой 17 кварцевого песка, который адсорбирует мелкодисперсные взвеси различной природы, прошедшие через предыдущий слой, и пакет 18 на волокнистого амфотерного полимерного материала.
Затем вода, пройдя через отверстия во второй перегородке 14, проходит через камеру обеззараживания, включающую слой 20 смеси йодсодержащей смолы с активированным углем и пакет 21 на углеграфитовых и амфотерных полимерных материалов, на которых происходит дополнительная очистка воды от мелкодисперсной, взвеси и элементов с переменной валентностью.
Следует заметить, что активированный уголь в камере обеззараживания является не только катализатором окисления, но и отличным сорбентом для освободившегося йода в процессе обработки воды, а также органических загрязнений и бактерий. Кроме этого, применение активированного угля уменьшает количество дорогостоящей йодсодержащей смолы, что введет к снижению себестоимости фильтрующего блока, да и установки в целом.
После этого, пройдя через отверстия третьей перегородки 15, вода проходит через камеру финишной очистки, включающую слой активированного угля с серебром с размерами верен от 0,3 до 0,5 мм. На этой стадии активированный уголь о серебром устраняет неприятные запахи и значительно улучшает вкус воды.
После этого очищенная и обеззараженная вода, приобретя все необходимые качества питьевой воды, выводится черва выходкой патрубок 6 из корпуса 1 и через дросселирующее устройство 8, клапан 7 и отводящий патрубок 3 направляется к потребителю.
В других вариантах использования предлагаемой установки - в полевых условиях, а также в любой местности во время стихийных бедствий или катастроф, в чрезвычайных ситуациях при лимите времени и при отсутствии источников энергии для подачи воды достаточно к первому клапану 5 подсоединить любой бак или емкость (накопитель исходной воды) 25, в которые можно набрать воды из любого ближайшего источника, и после открытия клапана 5 и отключения дроссельного устройства 8 вода будет идти черев установку (в том числе и через отключенное дроссельное устройство) самотеком, быстро очищаясь.
Для повышения удобства эксплуатации к отводящему патрубку 3 корпуса 1 гидравлически подключен бак-аккумулятор 27 очищенной воды, снабженный поплавковым затвором защиты от перелива и выпускным краном (на чертеже не показаны).
Экспериментально было установлено, что на данной установке можно очищать воду о рабочей производительностью от 60 до 80 л/час с ресурсом установки свыше 30000 л.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет:
1. Существенно повысить эффективность процесса очистки и обеззараживания воды пуфом существенного повышения качества обработки и повышения производительности установки за счет увеличения скорости фильтрации воды.
2. Повысить удобство обслуживания установки в полевых условиях.
3. Значительно увеличить ресурс работы установки при обеспечении оптимальных небольших массогабаритных характеристиках системы.
4. Существенно снизить затраты на изготовление и эксплуатацию установки водоподготовки.
5. Существенно расширить область использования установки как в полевых условиях без использования электроэнергии и без подвода водотока, так и в бытовых условиях для доочистки воды из водопроводной сети.