Водоочистительная установка
WATER PURIFICATION PLANT

Изобретение относится к обработке воды и может быть использовано в области питьевого водоснабжения для глубокой очистки питьевой водопроводной воды.
Известно устройство очистки воды для бытового потребления, в котором насос подает водопроводную воду на три последовательно соединенные механические фильтра. Фильтрационная способность последующего механического фильтра выше предыдущего. После механических фильтров насосом вода подается на вход мембранного фильтра. Отфильтрованная вода - фильтрат поступает на вход угольного фильтра и далее через установку ультрафиолетового облучения на выход устройства к потребителю. Неотфильтрованная вода - концентрат поступает с выхода мембранного фильтра в бак накопитель для дальнейшего использования. Установка обеспечивает повышенное качество очистки воды (РФ, патент №46497, C02F 1/78, C02F 1/42, 10.07.2005).
Недостаток известного устройства заключается в отсутствии контроля качества очищенной воды, получаемой потребителем, в отсутствии средств контроля работоспособности фильтрующих элементов. В результате, известная водоочистительная установка не обеспечивает на выходе стабильное качество очищенной воды, а следовательно, не обеспечивает гарантированного получения на выходе очищенной воды заявленного качества.
Наиболее близким к предлагаемому является автономное устройство для очистки воды, в котором очищаемая вода через монтированные в трубопровод по потоку запорный кран, электронный датчик давления и выходной электронный клапан, поступает в блок фильтрации, содержащий последовательно соединенные осадительный и угольный фильтры, и далее - через счетчик расхода воды в камеру ультрафиолетового облучения, с выхода которой потребитель производит забор воды. Устройство снабжено блоком управления, на которое поступают информация с информационного выхода электронного датчика давления и с информационного выхода счетчика расхода воды. При наличии рабочего давления очищаемой воды в магистрали и при расходе воды, соответствующем ресурсу работы блока фильтрации, блок управления формирует сигнал на открытие выходного электронного клапана, а также инициирует работу камеры ультрафиолетового облучения (УФО). Очищаемая вода поступает к потребителю. При отсутствии хотя бы одного из входных сигналов блок управления формирует сигнал на закрытие выходного электронного клапан и на отключение камеры УФО, отключая тем самым поступление очищаемой воды к потребителю (РФ патент №2433086, C02F 1/32, C02F 9/00, C02F 1/00 10.11.2011; заявка РСТ: IB 2007/051548 (26.04.2007) NL).
В водоочистительной установке, принятой за прототип, качество очищенной воды на выходе установки (концентрация примесей в воде) определяется возможностями фильтрующих элементов и ухудшается по мере снижения их фильтрующих способностей, что обуславливает отсутствие стабильного качества очищенной воды. При этом контроль качества воды на выходе установки определяют опосредовано, а именно по снижению производительности блока фильтрации, что не гарантирует получение на выходе очищенной воды заявленного качества. Кроме того, в известной водоочистительной установке контроль качества очищенной воды выполняют на выходе блока фильтрации, что не позволяет выявить конкретный фильтрующий элемент, требующий замены, снижает достоверность результатов контроля качества фильтрации по изменению производительности блока фильтрации и, следовательно, не гарантирует получение на выходе установки воды с заявленным качеством очистки. Таким образом, водоочистительная установка, наиболее близкая к предлагаемой, имеет низкое качество очистки воды, не обеспечивает стабильное качество очищенной воды на выходе, а следовательно, не обеспечивает гарантированного получения на выходе очищенной воды заявленного качества.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания водоочистительной установки, которая при осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в обеспечении стабильного качества очищенной воды на выходе и в обеспечении гарантированного получения на выходе очищенной воды заявленного качества.
Кроме того, заявленная водоочистительная установка при осуществлении позволяет достичь дополнительный технический результат, заключающийся в возможности получения на выходе установки очищенной воды с требуемым качеством, в зависимости от ее дальнейшего использования.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что в водоочистительной установке, содержащей угольный фильтр, камеру ультрафиолетового облучения, вмонтированные в трубопровод электронный датчик давления, входной электромагнитный клапан, первый счетчик расхода воды, который установлен по потоку перед камерой ультрафиолетового облучения, выход которой является выходом очищенной воды, кроме того, установка содержит блок управления, при этом вход питания камеры ультрафиолетового облучения, управляющий вход входного электромагнитного клапана, информационный выход электронного датчика давления, информационный выход первого счетчика расхода воды подключены соответственно к первому и второму управляющим выходам и первому и второму информационным входам блока управления, новым является то, что дополнительно введены фильтр грубой механической очистки, фильтр тонкой механической очистки, первый и второй обратноосмотические мембранные фильтры, насос для перекачивания жидкости воды (далее - насос); вмонтированные в трубопровод по потоку: второй и третий счетчики расхода воды, первый и второй узлы контроля концентрации примесей в воде, первый и второй датчики "сухого хода", реле давления очищенной воды, обратный клапан, запорные краны с первого по четвертый, манометры с первого по четвертый, выходной электромагнитный клапан, при этом вход установки через запорный кран подключен к последовательно соединенным фильтрам грубой и тонкой механической очистки, которые выходом фильтра тонкой механической очистки через вмонтированные в трубопровод последовательно электронный датчик давления, первый датчик "сухого хода", входной электромагнитный клапан, первый узел контроля концентрации примесей в воде, второй счетчик расхода воды, второй датчик "сухого хода" по потоку соединены с входом насоса, выход которого подключен к входам первого и второго параллельно соединенных обратно осмотических мембранных фильтров, у которых выходы фильтрата через второй узел контроля концентрации примесей в воде подключены к входу угольного фильтра, который по потоку подключен к обратному клапану, вмонтированному в трубопровод по потоку последовательно с первым счетчиком расхода воды, при этом на выходе камеры ультрафиолетового облучения установлен выходной электромагнитный клапан, при этом выходы концентрата мембранных фильтров через второй запорный кран соединены с входом насоса, а через последовательно вмонтированные в трубопровод третий счетчик расхода воды и третий запорный кран соединены со сливом в канализацию, кроме того, после первого счетчика расхода воды в трубопроводе выполнен отвод с четвертым запорным краном для отбора пробы воды, при этом вход питания входного электронного клапана подключен к сети электропитания через разомкнутые контакты контактной группы первого датчика "сухого хода", а вход питания электродвигателя насоса подключен к сети электропитания через последовательно соединенные разомкнутые контакты контактной группы второго датчика "сухого хода" и замкнутые контакты контактной группы реле давления очищенной воды, кроме того, информационные выходы второго и третьего счетчиков расхода воды и управляющий вход выходного электромагнитного клапана соединены соответственно с третьим и четвертым информационными входами и с третьим управляющим выходом блока управления, а входы-выходы первого и второго узлов контроля концентрации примесей в воде соединены соответственно с входами-выходами блока управления, кроме того, манометры с первого по четвертый вмонтированы в трубопровод по потоку соответственно на входе фильтра грубой очистки, на выходе фильтра тонкой очистки, на выходе насоса, на выходе фильтрата мембранных фильтров. При этом узел контроля концентрации примесей в воде состоит из втулки, выполненной из диэлектрического материала, сквозь которую параллельно ее продольной осевой и на расстоянии друг от друга проходят два электрода, первые концы которых посредством втулки вмонтированы в трубопровод с возможностью взаимодействия с водяным потоком, а вторые концы выведены наружу, являются входами-выходами узла и присоединены к соответствующему входу-выходу блока управления.
Заявленный технический результат достигается следующим образом. Существенные признаки формулы изобретения: "Водоочистительная установка, содержащая угольный фильтр, камеру ультрафиолетового облучения, вмонтированные в трубопровод электронный датчик давления, входной электромагнитный клапан, первый счетчик расхода воды, который установлен по потоку перед камерой ультрафиолетового облучения, выход которой является выходом очищенной воды, кроме того, установка содержит блок управления, при этом вход питания камеры ультрафиолетового облучения, управляющий вход входного электромагнитного клапана, информационный выход электронного датчика давления, информационный выход первого счетчика расхода воды подключены соответственно к первому и второму управляющим выходам и первому и второму информационным входам блока управления, …" - являются неотъемлемой частью заявленного устройства и обеспечивают его работоспособность, а следовательно, обеспечивают соответствие заявленного технического решения критерию "промышленная применимость", следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.
В заявленной водоочистительной установке используют три ступени очистки воды: фильтр грубой механической очистки, фильтр тонкой механической очистки (механическая очистка - первая ступень), первый и второй обратноосмотические мембранные фильтры (вторая ступень), угольный фильтр (третья ступень), что обеспечивает глубокую очистку воды.
Фильтры грубой и тонкой очистки отделяют твердые частицы, которые в дальнейшем могут помешать работе насоса и мембранных фильтров. В заявленной установке использован фильтр грубой очистки, обеспечивающий отделение твердых частиц размером от 75 до 25 мкм и фильтр тонкой очистки, обеспечивающий отделение твердых частиц размером от 25 мкм и выше. Таким образом, уже после первой ступени очистки обеспечивается высокая степень очистки воды.
-9
Следующую ступень очистки воды выполняют первым и вторым обратноосмотическими мембранными фильтрами, представляющими собой полупроницаемую обратноосмотическую мембрану, что обеспечивает очистку воды на молекулярном уровне до 10 м (1 нм).
Известно, что в мембранном фильтре концентрат сбрасывается со стороны, противоположной стороне подачи очищаемой воды. Поэтому при последовательном соединении мембранных фильтров на мембранный фильтр, расположенный последним, поступает более концентрированная питающая вода, поскольку предыдущие мембранные сепараторы уже извлекли воду из раствора питающей воды. Это увеличивает содержание загрязняющих веществ в питающей воде по мере того, как она проходит через каждый следующий мембранный фильтр, что в свою очередь приводит к преждевременному износу мембран, расположенных последними.
В заявленной водоочистительной установке мембранные фильтры соединены параллельно, что исключает вышеописанную проблему, увеличивая срок службы мембран и повышая качество очистки. При этом, поскольку предлагаемое соединение мембранных фильтров позволяет значительно снизить загрязнение мембранных фильтров, то повышается производительность водоочистительной установки.
Кроме того, в заявляемой установке предусмотрена возможность регенерации функций мембранного фильтра. Выходы концентрата мембранных фильтров через второй запорный кран соединены с входом насоса для перекачивания воды, а через последовательно вмонтированные в трубопровод третий счетчик расхода воды и третий запорный кран соединены со сливом в канализацию. В штатном режиме работы установки концентрат через открытый третий запорный кран сливается в канализацию. Для регенерации функций мембранных фильтров вручную открывают второй запорный кран, подключая тем самым выходы концентрата мембранных фильтров к входу насоса для перекачивания воды.
Насос для перекачивания воды (далее - насос) в штатном режиме работы установки обеспечивает увеличение до приемлемого уровня давления подачи очищаемой воды в мембранные фильтры. Кроме того, насос при перекачивании воды создает внутри мембранного фильтра турбулентный поток, способствующий очищению поверхности мембранной пленки. Рабочее давление может быть разным и зависит от типа применяемого устройства. Как правило, чем выше уровень содержания растворенных твердых веществ в растворе обрабатываемой неочищенной воды, тем более высокое давление в системе. Более высокое рабочее давление улучшает качество получаемой воды. Во время регенерации мембранных фильтров концентрат, добавленный с соответствующих выходов мембранных фильтров к основному потоку очищаемой воды, при прохождении через насос создает дополнительное давление, повышая тем самым турбулентность потока воды, проходящей через мембранный фильтр, и способствуя более эффективной очистке поверхности мембранного фильтра, что сохраняет его работоспособность и повышает качество очистки воды.
Кроме того, в процессе регенерации функций мембранного фильтра автоматически организуется операция рецикла, поскольку часть концентрата очищается и поступает на выход мембранных фильтров в виде фильтрата, что повышает производительность заявляемой водоочистительной установки.
Реле давления очищенной воды управляет работой насоса: контролирует максимально и минимально допустимые значения давления очищенной воды на выходе установки после мембранных фильтров и соответственно отключает насос или подключает насос для перекачивания воды. Это осуществляется благодаря тому, что вход питания электродвигателя насоса подключен к сети электропитания через замкнутые контакты контактной группы реле давления очищенной воды. В результате предотвращается слив воды из мембранных фильтров в режиме забора воды потребителем, а также предотвращается переполнение выходного трубопровода при длительном перерыве отбора воды, например в ночное время, что повышает надежность и продолжительность срока службы установки.
Кроме того, вход питания электродвигателя насоса подключен к сети электропитания через разомкнутые контакты контактной группы второго датчика "сухого хода", последовательно соединенные с замкнутыми контактами контактной группы реле давления очищенной воды. В штатном режиме работы контакты контактной группы второго датчика "сухого хода" замкнуты. В нештатной ситуации, например в случае резкого спада давления воды на входе насоса (прорыв трубопровода), обеспечивается возможность отключения насоса по команде с датчика "сухого хода".
Кроме того, подключение входа питания входного электронного клапана к сети электропитания через разомкнутые контакты контактной группы первого датчика "сухого хода" и подключение входа питания электродвигателя насоса к сети электропитания через разомкнутые контакты контактной группы второго датчика "сухого хода" обеспечивают при запуске установки подключение этих устройств после достижения в трубопроводе рабочего давления воды. Это исключает возможность запуска установки в случае низкой фильтрационной способности механических фильтров, что обеспечивает достижение заявленного технического результата и, кроме того, повышает надежность заявленной водоочистительной установки.
Блок управления по программе управляет рабочим состоянием входного и выходного электромагнитных клапанов и камеры УФО. Блок управления в реальном времени принимает и контролирует информацию с выхода электронного датчика давления, с информационных выходов первого, второго и третьего счетчиков расхода воды, с входов-выходов первого и второго узлов контроля концентрации примесей в воде и формирует соответствующие сигналы управления для входного и выходного электромагнитных клапанов и камеры УФО.
Электронный датчик давления контролирует давление очищаемой воды после механических фильтров до насоса, предупреждая недопустимое превышение давления воды при выключенном насосе.
Поскольку управляющий вход входного электромагнитного клапана соединен с соответствующим управляющим выходом блока управления, то блок управления, в свою очередь, управляет состоянием входного электромагнитного клапана в соответствии с содержанием сигнала с информационного выхода электронного датчика давления. При достижения давления воды на входе насоса, близкого к максимально допустимому, блок управления по сигналу с электронного датчика давления закрывает входной электромагнитный клапан, доступ воды на вход насоса прекращается.
После включения насоса командой с реле давления (контакты реле замыкают цепь питания насоса) и снижения давления воды перед насосом до заданного предела в результате ее перекачивания в мембранные фильтры блок управления также по сигналу с электронного датчика давления открывает входной электромагнитный клапан, возобновляя доступ воды на вход насоса.
Таким образом блок управления управляет состоянием входного электромагнитного клапана в зависимости от давления воды на его входе, а следовательно, и в зависимости от рабочего состояния насоса.
Кроме того, вход питания входного электромагнитного клапана подключен к сети электропитания через разомкнутые контакты контактной группы первого датчика "сухого хода", что обеспечивает, возможность блокировки входного электромагнитного клапана по команде с датчика "сухого хода" в случае резкого спада давления воды, например, при возникновении прорыва трубопровода.
В заявляемой водоочистительной установке после фильтров механической очистки и после мембранных фильтров в трубопровод вмонтированы соответственно первый и второй узлы контроля концентрации примесей в воде, входы-выходы которых соединены с соответствующими информационными входами-выходами блока управления. Это позволяет автоматически по программе контролировать результат работы системы фильтров после выполнения двух основных этапов очистки воды: после механической очистки и после очистки обратно осмотическими мембранными фильтрами. Возможность организации связи между блоком управления и входами-выходами узлов контроля концентрации примесей в воде обеспечивается благодаря тому, что каждый узел состоит из втулки, выполненной из диэлектрического материала, сквозь которую параллельно ее продольной осевой и на расстоянии друг от друга проходят два электрода, первые концы которых посредством втулки вставлены в трубу водопровода с возможностью взаимодействия с водяным потоком, а вторые концы выведены наружу, являются входами-выходами узла и присоединены к входу-выходу блока управления.
Предлагаемая конструкция узла контроля концентрации примесей в воде позволяет передать в виде электрического сигнала в блок управления информацию о величине концентрации примесей в очищаемой воде. Бок управления определяет проводимость воды и, сравнивая полученное значение с заложенными в его память, формирует соответствующие сигналы управления для входного и выходного электромагнитных клапанов.
Значения проводимостей очищенной воды в соответствии с количеством содержащихся в ней примесей получены авторами изобретения в результате калибровки узла контроля и заложены в память блока управления.
В результате блок управления изменяет состояние входного и выходного электромагнитных клапанов (открыт, закрыт) в зависимости от показаний каждого из узлов контроля концентрации примесей в воде (соответствует, не соответствует).
При закрытом выходном электромагнитном клапане срабатывает реле давления очищенной воды, которое отключает насос из-за образующегося превышения допустимого давления очищенной воды после мембранных фильтров в результате блокировки электромагнитных клапанов. В результате полностью исключается подача на выход устройства воды низкого качества, что повышает качество очистки воды, обеспечивает стабильное качество очищенной воды на выходе устройства и гарантию получения на выходе очищенной воды заявленного качества.
Этот же алгоритм, заложенный в программу блока управления, позволяет задавать и поддерживать конкретное значение концентрации примесей в воде в зависимости от требований потребителя или от хозяйственных нужд посредством программного выбора и установки допустимого уровня концентрации примесей в очищаемой воде, что расширяет функциональные возможности установки, а также позволяет снизить нагрузку на фильтры и продлить их ресурс.
Кроме того, показатель концентрации примесей в очищенной воде характеризует работоспособность фильтра. Благодаря тому, что узлы контроля концентрации примесей в воде вмонтированы после фильтров механической очистки и после мембранных фильтров, это позволяет однозначно выявить неработоспособный фильтр по наличию превышения допустимой концентрации примесей в очищенной воде, что повышает качество очистки воды, обеспечивает стабильное качество очищенной воды на выходе устройства и гарантию получения на выходе очищенной воды заявленного качества.
Программно работоспособность фильтров, кроме того, позволяют оценить счетчики расхода воды, информационные выходы которых подключены к соответствующим информационным входам блока управления.
Счетчик расхода воды представляет собой электромеханический счетчик роторного типа. Ротор счетчика вращается в зависимости от скорости потока и на информационном выходе счетчик генерирует электрические импульсы, которые откалиброваны в соответствии с потоком протекающей через него воды. В результате снижение показаний первого и второго счетчиков, подключенных после угольного фильтра и фильтра тонкой очистки соответственно, и повышенное количество концентрата на выброс в канализацию однозначно указывает на снижение производительности соответствующих фильтров.
Снижение производительности фильтров является дополнительной информацией для определения их работоспособности. Возможность контроля качества очищенной воды по двум показателям: конкретно - по величине концентрации примесей в воде и опосредованно - по величине расхода воды повышает достоверность результатов контроля, позволяет заранее, не допуская снижения качества очистки, заменить соответствующие фильтры, что обеспечивает достижение заявленного технического результата.
Кроме того, второй счетчик расхода воды выполняет роль визуального индикатора наличия движущегося потока воды с входа установки, а первый счетчик воды, кроме того, фиксирует количество очищенной воды, использованной потребителем.
Угольный фильтр, подключенный по потоку к выходам фильтрата мембранных фильтров, обеспечивает окончательную фильтрацию очищенной воды. Поскольку на выходе установки очищенная вода проходит через камеру ультрафиолетового облучения, то очищенная угольным фильтром вода, проходя к потребителю, обрабатывается ультрафиолетовым светом, который благодаря своим высоким бактерицидным способностям максимально снижает бактериальную загрязненность воды, повышая качество ее очистки.
Кроме того, контроль производительности механических фильтров, визуальный и программно посредством блока управления, обеспечивается также благодаря наличию манометров на входе фильтра грубой очистки и на выходе фильтра тонкой очистки и электронного датчика давления на выходе фильтра тонкой очистки. Это позволяет предупредить поступление в систему воды с низким качеством очистки.
Третий манометр вмонтирован в трубопровод по потоку на выходе насоса, что обеспечивает визуальный контроль работоспособности насоса и контроль наличия дополнительного давления при выполнении операции промывки мембранных фильтров, что в конечном итоге повышает качество очистки.
Четвертый манометр на выходе фильтрата мембранных фильтров обеспечивает визуальный контроль давления, создаваемого очищенной водой на выходе мембранных фильтров, а следовательно, визуальный контроль их производительности, что обеспечивает гарантию качества очистки.
Обратный клапан, вмонтированный в трубопровод после реле давления очищенной воды, обеспечивает прохождение очищенной воды только в одном направлении, а именно на выход, к потребителю, что предотвращает переток очищенной воды через поры мембраны в линию концентрата после отключения установки.
Выполнение отвода с четвертым запорным краном для отбора пробы воды перед входом в камеру УФО обеспечивает возможность отбора пробы воды для химического анализа до выхода ее к потребителю, что обеспечивает гарантию заявленного качества воды.
На выходе камеры УФО для разлива воды установлен выходной электромагнитный клапан, включаемый потребителем, например, при нажатии кнопки. Блок управления, благодаря связи с ним управляющего входа выходного электромагнитного клапана, управляет состоянием выходного электромагнитного клапана (включен, выключен) в зависимости от результатов контроля вторым узлом контроля концентрации примесей в воде после мембранных фильтров.
Из вышеизложенного следует, что предлагаемая водоочистительная установка обеспечивает стабильное качество очищенной воды на выходе и гарантированно обеспечивает заявленную степень очистки воды на выходе к потребителю. В заявленной установке это обеспечивается
использованием механических фильтров грубой и тонкой очистки, и мембранных фильтров обратного осмоса;
возможностью непосредственного контроля в реальном масштабе времени концентрации примесей в очищенной воде, причем после первой ступени очистки механическими фильтрами и после второй ступени очистки - на выходе фильтрата мембранных фильтров посредством программируемого блока управления, введением первого и второго узлов контроля концентрации примесей в воде с заявленными в формуле изобретения связями между ними;
возможностью контроля работоспособности фильтрующих элементов непосредственно по величине концентрации примесей в очищенной воде на их выходах, а также и по изменению производительности. Причем минимальное значение производительности может быть задано в блоке управления программно в соответствии с заданной максимальной концентрацией примесей. Двойной контроль позволяет достоверно выявить неработоспособный фильтрующий элемент. Это обеспечивается программируемым блоком управления, введением первого и второго узлов контроля концентрации примесей в воде, первым и введением второго и третьего счетчиков расхода воды, введением манометров и заявленными в формуле изобретения связями между ними;
в возможности выявления нештатных ситуаций в работе водоочистительной установки, которые могут привести к поступлению на выход установки очищенной воды с качеством, не соответствующим заявленному, путем организации в реальном масштабе времени постоянного оперативного программного и визуального контроля режима работы установки, и оперативного исключения (программно и аппаратно), и в возможности прекращении подачи воды потребителю при их выявлении.
Это обеспечивают совокупно программируемый блок управления; первый и второй узлы контроля концентрации примесей в воде; электронный датчик давления; входной и выходной электромагнитные клапаны; счетчики расхода воды с первого по третий; манометры; реле давления очищенной воды, управляющее работой насоса; первый и второй датчики сухого хода, запорные краны с первого по четвертый и заявленные в формуле изобретения связи между ними.
В результате из вышеизложенного следует, что аппаратная реализация предлагаемой водоочистительной установки, выполненная в соответствии с заявленной формулой изобретения, позволяет организовать и реализовать алгоритм работы блока управления, обеспечивающий возможность получения на выходе установки очищенной воды стабильного качества и гарантированное получение на выходе очищенной воды заявленного качества.
Кроме того, реализованный в заявленной установке алгоритм работы блока управления обеспечивает возможность перестройки водоочистительной установки на другие выходные параметры качества очистки воды, в зависимости от ее дальнейшего использования, что расширяет функциональные возможности заявленной водоочистительной установки.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемая водоочистительная установка при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении стабильного качества очищенной воды на выходе и в обеспечении гарантированного получения на выходе очищенной воды заявленного качества.
Кроме того, заявленная водоочистительная установка при осуществлении позволяет достичь дополнительный технический результат, заключающийся в возможности получения на выходе установки очищенной воды с требуемым качеством, в зависимости от ее дальнейшего использования.
На фиг. 1 изображена заявляемая водоочистительная установка; на фиг. 2 - блок управления (схематично); на фиг. 3 - узел контроля качества очищенной воды (схематично).
Водоочистительная установка (фиг. 1) содержит фильтр 1 грубой механической очистки, фильтр 2 тонкой механической очистки, первый 3 и второй 4 обратно осмотические мембранные фильтры, насос 5 для перекачивания воды, угольный фильтр 6, камеру 7 ультрафиолетового облучения, электронный датчик давления 8, входной электромагнитный клапан 9, первый счетчик 10 расхода воды, второй 11 и третий 12 счетчики расхода воды (например, электромеханический ротационный счетчик), первый 13 и второй 14 узлы контроля концентрации примесей в воде, первый 15 и второй 16 датчики "сухого хода", реле 17 давления очищенной воды, обратный клапан 18, запорные краны с первого 19 по четвертый 22, манометры с первого 23 по четвертый 26, блок управления 27.
Блок управления 27 (фиг. 2) может быть выполнен на базе программируемого контроллера.
Счетчик расхода воды (10, 11, 12) представляет собой, например, электромеханический счетчик роторного типа. Ротор счетчика вращается в зависимости от скорости потока и на информационном выходе счетчик генерирует электрические импульсы, которые откалиброваны в соответствии с потоком протекающей через него воды.
В качестве датчика сухого хода может быть использован датчик для защиты от сухого хода типа LP3. Датчик представляет собой реле автоматического контроля давления воды и предназначен для автоматического выключения поверхностных, скваженных насосов, автоматических станций водоснабжения при отсутствии воды. Реле состоит из корпуса, внутри которого расположена нормально разомкнутая контактная группа, управляемая мембраной, взаимодействующей с напорной магистралью. При нормальном давлении воды контакты замкнуты. После срабатывания возврат контактов датчика в замкнутое состояние осуществляется принудительно.
В качестве реле давления очищенной воды может быть использовано реле давления типа РМ/5. Реле состоит из корпуса, внутри которого расположена нормально замкнутая контактная группа, управляемая мембраной, взаимодействующей с напорной магистралью. Реле включает насос, когда давление в системе падает ниже давления включения, и выключает насос, когда давление в системе превышает давление выключения.
1
2
1
1
2
2
Узел 13 (14) контроля концентрации примесей в воде (фиг. 3) состоит из втулки 28, выполненной из диэлектрического материала, сквозь которую параллельно ее продольной осевой и на расстоянии друг от друга проходят два электрода, первые концы 29 и 29, которых посредством втулки 28 вмонтированы в трубу водопровода с возможностью взаимодействия с водяным потоком, а вторые концы 30 (31) и 30 (31) являются входами-выходами узла и выведены наружу и в установке подключены к входам-выходам 32 устройства управления 27.
На выходе камеры УФО 7 по потоку установлен выходной электромагнитный клапан 33.
Камера УФО может быть выполнена аналогично камере УФО, используемой в устройстве очистки воды для бытового потребления РФ, патент №46497, C02F 1/78, C02F 1/42, 10.07.2005, и может содержать, например, ультрафиолетовую лампу, помещенную в прозрачный для ультрафиолета герметичный корпус, который, в свою очередь концентрично закреплен внутри проходной трубы. Очищаемая вода, протекая через трубу, облучается.
Первый счетчик 10 расхода воды установлен по потоку перед камерой 7 ультрафиолетового облучения, выход которой является выходом очищенной воды. Вход 34 питания камеры 7 ультрафиолетового облучения, управляющий вход 35 входного электромагнитного клапана 9, информационный выход 36 электронного датчика 8 давления, информационный выход 37 первого 10 счетчика расхода воды подключены соответственно к первому 38 и второму 39 управляющим выходам и первому 40 и второму 41 информационным входам блока управления 27. Вход установки через первый 19 запорный кран подключен к последовательно соединенным фильтрам грубой 1 и тонкой 2 механической очистки, которые выходом фильтра 2 тонкой механической очистки через вмонтированные в трубопровод последовательно электронный датчик давления 8, датчик "сухого хода" 15, входной электромагнитный клапан 9, первый узел 13 контроля концентрации примесей в воде, второй счетчик 11 расхода воды, второй датчик "сухого хода" 16 по потоку соединены с входом насоса 5, выход которого подключен к входам первого 3 и второго 4 параллельно соединенных обратно осмотических мембранных фильтров, у которых выходы фильтрата через второй узел 14 контроля концентрации примесей в воде подключены к входу угольного фильтра 17, который по потоку подключен к обратному клапану 18, вмонтированному в трубопровод последовательно с первым счетчиком 10 расхода воды, при этом на выходе камеры 7 ультрафиолетового облучения для раздачи воды установлен выходной электромагнитный клапан 33, при этом выходы концентрата мембранных фильтров 3, 4 через второй запорный кран 20 соединены с входом насоса 5 для перекачивания воды, а через последовательно вмонтированные в трубопровод третий счетчик 12 расхода воды и третий запорный кран 21 соединены со сливом в канализацию, кроме того после первого счетчика 10 в трубопроводе выполнен отвод с четвертым запорным краном 22 для отбора пробы воды, при этом вход питания 42 входного электромагнитного клапана подключен к сети электропитания через разомкнутые контакты контактной группы первого 15 датчика "сухого хода", а вход питания 43 электродвигателя насоса 5 подключен к сети электропитания через последовательно соединенные разомкнутые контакты контактной группы второго 16 датчика "сухого хода" и замкнутые контакты контактной группы реле 17 давления очищенной воды.
Информационные выходы 44 и 45 второго 11 и третьего 11 счетчиков расхода воды соединены соответственно с третьим 46 и четвертым 47 информационными входами блока управления 27; управляющий вход 48 выходного электромагнитного клапана 33 соединен с третьим 49 выходом блока управления 27.
Манометры с первого 23 по четвертый 26 вмонтированы в трубопровод по потоку соответственно на входе фильтра 1 грубой очистки, на выходе фильтра 2 тонкой очистки, на выходе насоса 5, на выходе фильтрата мембранных фильтров 3, 4.
Водоочистительная установка работает следующим образом.
Включают электропитание. Включается блок управления 29. Исходное состояние контактов контактной группы датчиков "сухого хода" 15, 16 разомкнуто, входной электромагнитный клапан 9 закрыт, насос отключен; исходное состояние контактов контактной группы реле давления 17 очищенной воды - замкнуто. Выходной электромагнитный клапан 33 закрыт.
Вход водоочистительной установки подключают к источнику водопроводной воды, например, на раздаточном узле насосной станции. Открывают все запорные краны: первый кран 19 на входе установки, второй кран 20 в трубопроводе рецикла, третий кран 21 для слива концентрата в канализацию, четвертый кран 22 для отбора пробы воды. При открытых запорных кранах при заполнении водой из трубопровода системы удаляется воздух.
Через механические фильтры 1, 2 в систему начинает поступать вода. Давление воды контролируют визуально: первый манометр 23 - на входе установки; второй манометр 24 - давление воды после фильтра 2 тонкой очистки; третий манометр 25 - давление воды на выходе насоса 5, четвертый манометр 26 - на выходе мембранных фильтров 3, 4.
При установлении рабочего давления в трубопроводе после фильтров 1, 2 механической очистки до входного электромагнитного клапана 9 замыкаются контакты контактной группа первого 15 датчика "сухого хода", что приводит к открытию входного электромагнитного клапана 9 и на вход насоса 5 начинает поступать вода. При достижении на входе насоса 5 рабочего давления воды замыкаются контакты контактной группы второго 16 датчика "сухого хода", что приводит к подключению к входу питания насоса 5 напряжения питания, насос 5 начинает перекачивать воду в мембранные фильтры 3, 4.
Реле давления 17 очищенной воды контролирует максимально и минимально допустимые значения давления очищенной воды на выходе установки после мембранных фильтров 3, 4 и соответственно отключает или подключает насос 5 для перекачивания воды.
После достижения в трубопроводе после мембранных фильтров 3, 4 максимально допустимого давления очищенной воды, реле давления 17 выключает насос 5 (замкнутые контакты контактной группы реле давления 17 размыкаются).
Через произвольные промежутки времени потребитель через выходной электромагнитный клапан 33, открывающийся, например, при нажатии кнопки производит забор очищенной воды. При этом давление очищенной воды в трубопроводе после мембранных фильтров 3, 4 постепенно снижается. При достижении минимально допустимого давления контакты контактной группы реле давления 17 замыкаются и подключают цепь электропитания насоса 5. Насос 5 начинает перекачивать воду в мембранные фильтры 3, 4. Далее процесс повторяется.
При отключении насоса 5 контроль давления воды на входе насоса 5 контролирует электронный датчик давления 8, что предупреждает аварийную ситуацию при выключенном насосе 5. Блок управления 27 через заданные промежутки времени запрашивает сигнал с выхода электронного датчика давления 8 и сравнивает его с контрольным значением, заложенным в его память. В случае достижение давлением воды верхнего допустимого предела блок управления 27 формирует на управляющем входе 35 входного электромагнитного клапана 9 блокирующий сигнал, по которому входной электромагнитный клапан 9 закрывается и перекрывает поступление воды на вход насоса 5.
Поскольку насос 5 отключен, то давление очищенной воды после мембранных фильтров 3, 4 постепенно снижается до минимально допустимого и реле давления 17 формирует сигнал на замыкание своими контактами цепи питания насоса 5. Насос 5 включается и начинает перекачивать оставшуюся на его входе воду. В этой ситуации второй счетчик 11 расхода воды выполняет роль визуального и автоматического индикатора наличия движущегося потока воды с входа установки. Второй счетчик И расхода воды формирует для блока управления 27 на своем информационном выходе 44 сигнал о начале расхода воды, по которому блок управления 27 формирует управляющий сигнал на открытие входного электромагнитного клапана 9. На вход насоса 5 начинает поступать вода.
1
2
1
2
В штатном режиме блок управления 27 в реальном масштабе времени принимает и контролирует информацию с выхода 36 электронного датчика давления 8, с выходов 37, 35, 45 соответственно первого 10, второго 11 и третьего 12 счетчиков расхода воды, с входов-выходов соответственно 30, 30 и 31, 31 первого 13 и второго 14 узлов контроля концентрации примесей в воде.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
При этом узел 13 (14) контроля концентрации примесей в воде работает следующим образом. Блок управления подает на входы-выходы 30, 30 (31, 31) узла 13 (14) электрический сигнал, что приводит к протеканию электрического тока между электродами 29 и 29, погруженными в воду. В результате на входе-выходе 30, 30 (31, 31) узла 13 (14) формируется электрический сигнал, соответствующий величине проводимости воды.
В память блока управления 27 заложены значения проводимости воды, соответствующие допустимым максимальным значениям концентрации примесей в очищенной воде после механических 1, 2 и после мембранных 3, 4 фильтров. При достижении концентрацией примесей в хотя бы одного из этих значений блок управления формирует управляющие сигналы на блокировку входного 9 и выходного 33 электромагнитных клапанов. Отбор воды потребителем недоступен. Подача воды на вход насоса 5 прекращается. Насос 5 некоторое время продолжает перекачивать в мембранные фильтры 3, 4 оставшуюся на его входе воду. Поскольку отбор воды потребителем отсутствует, то в результате после мембранных фильтров 3, 4 давление воды поднимается до максимально допустимого и реле давления 17 отключает насос 5. Кроме того, поскольку доступ воды к насосу 5 прекращен, а насос всю воду откачал, то срабатывает второй 16 датчик "сухого хода" и также размыкает цепь питания насоса 5.
При снижении давления после мембранных фильтров 3, 4 ниже допустимого реле давления 17 вновь замыкает свои контакты для подключения насоса 5. Однако, поскольку группы контактов реле давления 17 и второго датчика 16 "сухого хода" включены последовательно, а после срабатывания возврат контактов датчика 16 в замкнутое состояние осуществляется только принудительно, то автоматическое включение насоса 5 невозможно. В результате исключается возможность подачи воды потребителю с качеством, ниже заявленного.
Для восстановления работы установки устраняют причину повышения концентрации примесей, например, выполняют замену фильтров. Для этого анализируют информацию с блока управления и определяют после какого фильтра зафиксировано повышение концентрации примесей до верхнего допустимого значения. Блок управления 27 может быть оснащен табло для вывода основной информации.
После замены фильтров приводят установку в штатный режим работы в соответствии с вышеописанным запуском работы установки.
В случае резкого изменения давления воды после фильтров механической очистки 1, 2, например прорыв трубопровода, срабатывают первый 15 и второй 16 датчики "сухого хода" и размыкают цепи питания входного электромагнитного клапана 9 и насоса 5. Включение питания возможно только принудительно после разблокировки вручную контактов датчиков сухого хода 15 и 16.
Для регенерации функций мембранных фильтров 3, 4 открывают второй запорный кран 20 и подключают выходы концентрата мембранных фильтров к входу насоса 5. Концентрат, добавленный к основному потоку очищаемой воды, при прохождении через насос 5 создает дополнительное давление, повышая тем самым турбулентность потока воды, проходящей через мембранные фильтры 3, 4, что способствует эффективной очистке их поверхности, восстанавливая работоспособность. Продолжительность режима регенерации определяется опытным путем.
Кроме того, в процессе регенерации организуется операция рецикла, поскольку часть концентрата очищается и поступает на выход фильтрата мембранных фильтров, что повышает производительность заявляемой водоочистительной установки.