СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ВОДЫ С ГРАВИТАЦИОННОЙ ПОДАЧЕЙ
WATER TREATMENT WITH GRAVITY FEED

Область применения изобретения
С ростом популяции человечества растет также потребность в воде. Несомненно, в некоторых частях света, где местное население растет со скоростью, намного большей средней, доступность безопасной питьевой воды находится на уровне ниже среднего. Иногда данная ситуация связана с географией, или с засушливым климатом, или просто с нехваткой чистой поверхностной воды, пригодной для питья. Дополнительно, многие источники воды иссыхают из-за понижения уровня грунтовых вод, приводя при этом, в попытке поиска воды, к необходимости бурения новых скважин большей глубины. Во многих случаях высокие затраты сдерживают эти работы. Кроме того, во многих местах, где воды очень мало, население не имеет возможности покупать воду для потребления из-за низкого уровня доходов и фактически им недоступна вода муниципальной обработки. Примерами таких мест, среди прочего, являются сельские поселения в экономически отсталых странах, места оказания чрезвычайной помощи после стихийных бедствий или лагерные поселения временного проживания.
Современные системы муниципальной обработки воды, где это возможно, оснащены оборудованием для обработки и распределения воды для личного потребления. Во многих случаях данная обработка включает коагуляцию, флокуляцию и осаждение твердых частиц. Дополнительная фильтрация воды может также сопровождаться обработкой хлором. Исходя из сущности муниципальной системы, очищенная вода не может быть израсходована сразу и хлор остается в воде, пока она не будет израсходована.
При домашней обработке воды (если она доступна) вне муниципальной системы систему, как правило, называют устройством POU (устройством обработки воды местного применения). Данные домашние системы POU используют вариацию процессов обработки воды, например процеживание, обратный осмос, угольную абсорбцию, деминерализацию, смягчение, кипячение, дистилляцию и ультрафиолетовое облучение. Многие домашние системы POU предназначены для домов с надежным доступом к водоснабжению при относительно высоком давлении (>20 фунт/кв. дюйм). Дополнительно, данные дома обычно имеют доступ к электричеству или другим источникам энергии для работы насосов по нагнетанию воды и приведения в действие электронных устройств, встроенных обычно в некоторые системы POU. Наибольшей части данных систем требуется подача на входе питьевой воды.
Таким образом, у тех, кто не имеет доступ к питьевой муниципальной воде и у кого нет доступа к электроэнергии или другому источнику энергии, имеется потребность в домашнем устройстве POU. Люди, ищущие воду вне муниципальной системы воды, могут принести контейнер к источнику, например, скважине, ручью или озеру, и набрать непосредственно воду. Для последующего использования эту воду хранят в контейнерах или собирают в большую емкость. Если есть возможность, обработку обычно ограничивают простым процеживанием или фильтрацией через песочный фильтр. Биопесочные фильтры в жилых и небольших сельских поселениях обычно бывают большими и тяжелыми. Некоторые содержат примерно до 100 фунтов песка и гравия. Данные биопесочные фильтры более или менее эффективны для улавливания микробов и мелких твердых частиц и выдают воду, которая явно чище и сравнительно свободна от инфекций, вызываемых микробами. Однако данные устройства действуют как хроматографическая колонна, которая улавливает значительные частицы при разных скоростях по мере продвижения воды вниз по колонне. Результатом этого является то, что, в конечном счете, в очищенную воду начинают прорываться мелкие частицы (которые должны улавливаться песком).
В некоторых случаях пользователи выдерживают воду некоторое время, чтобы обеспечить твердым частицам в воде возможность осаждения на дно контейнера - обработка отстаиванием. В других случаях для увеличения скорости данного процесса в воду добавляют химреагенты. Данные реагенты иногда называют реагентами флокуляции, например алюминиевые квасцы или полихлорид алюминия. Однако воде, даже после данной обработки, все еще требуется дезинфекция, уничтожающая микробы. Для уничтожения микробов или микроорганизмов простейшей обработкой является кипячение, но оно требует источника энергии. Другим вариантом является биопесочное фильтрующее устройство. Примерное биопесочное фильтрующее устройство (200) показано на фиг.2, а принципиальная схема иллюстрируемого биопесочного фильтрующего устройства показана на фиг.1. Они являются менее эффективными, чем кипячение воды, с возможностью содержания в конечной воде опасных микробов. В воду может быть добавлен хлор, например, представленным на фиг.3 устройством. Однако незнание привкуса, который привносит хлор в воду, в сочетании с дозировкой, необходимой для достижения эффективной обработки, приводит многих пользователей к прекращению, из-за неприятного привкуса, использования хлорированной воды. В результате данные пользователи часто возвращаются к использованию неочищенной воды, что навсегда сохраняет замкнутый круг болезней и неудовлетворительного состояния здоровья.
2
В публикации "Four Layer System" доктор David H. Manz (Манц) описывает эффективность биопесочных фильтров в виде зависимостей скорости в габаритном сечении от оказывающего воздействие габаритного сечения фильтра. Он рекомендует в качестве максимальной скорости течения в габаритном сечении на фильтрующее габаритное сечение 600 л/час или течение на 1 м оказывающего воздействие габаритного сечения фильтра. В пересчете это приводит к скорости в габаритном сечении 1 см/мин.
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении
2
2
Vmax = 600 1/час/м = 10 1/м
3
2
=10000 см/мин/10000 см=1 см/мин.
Кроме того, Манц очень подробно описывает, как различные более глубокие слои его биопесочного фильтра можно регулировать по глубине и размерному составу частиц, чтобы управлять скоростью в габаритном сечении на верхней поверхности оказывающего воздействие песочного слоя. В сущности, одной из основных причин для большой массы песка и гравия в более глубоких слоях является установление и управление противодавлением, чтобы скорость в габаритном сечении по песочному слою поддерживалась в рекомендуемом диапазоне. В конструкции фильтра Манца (так называемый биопесочный фильтр для воды "HydrAid") оказывающая воздействие поверхность является круглой и равна примерно 12дюймам (30,5 см) в диаметре. По рекомендациям Манца может быть оценена максимальная рекомендуемая скорость течения по системе.
Оказывающая воздействие площадь поверхности песка (А)=Pi·r·r(Pi = 3,14; r = радиус)
2
А = 3,14·15,25·15,25=730,25 см
Fmax = максимальная рекомендуемая скорость течения
Fmax = А · Vmax
2
3
Fmax = 730,25 см·1 см/мин = 730,25 см/мин = 730,25 мл/мин.
Из расчета видно, что скорость течения является весьма медленной и может быть неприемлемой для пользователей, привыкших к большим скоростям при наливании воды для приготовления пищи или питья. Кроме того, описанное Манцом устройство требует, для достижения предпочтительной скорости течения, большой массы песка и гравия.
Таким образом, необходимым является система обработки воды, которая проста в применении, не требует электроэнергии или других энергетических источников, может быть применена в соединении с существующим устройством обработки воды или отдельно и является удобным в обслуживании. Предпочтительно, чтобы система была полезна во множестве применений, например обработке воды для домашних потребностей, при массовых бедствиях и активном отдыхе. Также предпочтительна система, которая меньше по размеру и более портативна. Дополнительно, увеличенная скорость течения в системе повысит удобство эксплуатации и обеспечит другие преимущества.
Сущность изобретения
В одном варианте осуществления данного изобретения раскрыта система обработки воды, имеющая резервуар флокуляции (иногда называемой "коагуляцией" или "агломерацией"), и выход, расположенный над нижней частью резервуара. Выходом может быть кран или другой управляемый пользователем клапан. При применении в резервуар наливают воду вместе с флокулирующим реагентом. По прошествии определенного времени и выхода из суспензии в воде достаточного процента твердых частиц воду из резервуара удаляют через кран, расположенный выше уровня частиц, как показано на фиг.4.
В другом варианте осуществления данного изобретения раскрыта система обработки воды, имеющая устройство хлорирования/дехлорирования. Воду наливают в воронку, где она подвергается воздействию хлора, например в виде растворимых таблеток, и поступает в резервуар хлорирования. Кроме хлора, могут быть применены другие материалы, способные дезинфицировать воду, например другие галогены, включая, без ограничения, бром и йод. Пока вода находится в резервуаре с хлором в растворе, она дезинфицируется. Вода может проходить через диффузоры, для гарантирования равномерного смешивания с раствором хлора. Система обработки воды может включать угольный фильтр для удаления хлора из продезинфицированной воды. Система обработки воды включает выход, например кран, по которому дезинфицированная вода выходит из резервуара через кран, как показано на фиг.6 и 7.
В третьем варианте осуществления изобретения раскрыта система обработки воды, имеющая устройство флокуляции и хлорирования/дехлорирования. Устройство хлорирования/ дехлорирования может включать резервуар хлорирования для добавления в воду хлора и фильтр, например угольный фильтр, для удаления хлора из воды. При применении неочищенную воду наливают в резервуар флокуляции вместе с флоккулирующим реагентом. По истечении определенного времени и выхода твердых частиц из суспензии в воду ее выпускают из резервуара флокуляции через выход (напр., кран) и направляют во входную воронку резервуара хлорирования, где вода подвергается воздействию хлора, например в виде растворимых таблеток, и входит в резервуар хлорирования. Пока вода находится в резервуаре с раствором хлора, она дезинфицируется. Для гарантирования равномерного смешивания с раствором хлора вода может проходить через диффузоры и угольный фильтр, с целью существенного удаления хлора. Дехлорированная вода может выходить из резервуара через выход (напр., кран), как показано на фиг.14.
В другом варианте осуществления раскрыта система обработки воды, имеющая устройство флокуляции, биопесочного фильтрования и хлорирования/дехлорирования. При применении неочищенную воду вместе с флокулирующим реагентом наливают в резервуар флокуляции. По истечении определенного времени и выхода твердых частиц из суспензии в воде ее направляют в биопесочный фильтрующий резервуар, где твердые частицы, при прохождении через них воды, улавливаются различными слоями песка. После выхода из биопесочного фильтрующего резервуара вода входит во входную воронку резервуара хлорирования, где она подвергается воздействию хлора, например в виде растворимых таблеток, и поступает в резервуар хлорирования. Пока вода находится в резервуаре с раствором хлора, она дезинфицируется. С целью гарантирования равномерного смешивания с раствором хлора вода может проходить через диффузоры и угольный фильтр, для удаления хлора, и выходит из резервуара, например, через кран, как показано на фиг.15. В данном варианте осуществления биопесочным фильтром может быть любое выпускаемое в промышленном масштабе биопесочное фильтрующее устройство.
В другом варианте осуществления изобретения система обработки воды включает усовершенствованный фильтр. Усовершенствованный фильтр обеспечивает предпочтительную скорость течения в системе. Описываемые варианты осуществления системы обработки воды меньше по размерам и более портативные, чем системы обработки воды, включающие традиционный фильтр. В одном варианте осуществления фильтром является фильтр с биопесочным слоем, включающий нетканый фильтрующий материал, установленный выше отверстий в нижней части емкости, но ниже песочного слоя. В другом варианте фильтром является прессованный блочный фильтр. Прессованный блочный фильтр выполнен из фильтрующего материала, например песка или активированного угля, и полимерного связующего вещества. В некоторых вариантах осуществления усовершенствованный фильтр может быть применен в системе обработки воды с гравитационной подачей (POU), который удаляет из воды загрязняющие вещества до ее обработки, на ступени флокуляции и коагулирования. Он может быть применен отдельно или в сочетании с последующей обработкой для хлорирования и, по желанию, дехлорирования очищенной воды.
В другом варианте осуществления изобретения система обработки воды включает сифон для гарантирования соответствующего дозирования в воду флокулирующего химреагента. Пользователю прописано добавление в воду заранее заданного количества флокулирующего химреагента. При неправильном уровне воды может произойти неправильная дозировка флоккулирующего химреагента. Сифон гарантирует, что вода не начнет течь до тех пор, пока она не достигнет уровня порогового значения. Если пользователь не нальет достаточное количество воды, то дозирование флокулянта окажется неправильным и вода не потечет.
В другом варианте осуществления изобретения система обработки воды включает хлораторное устройство, установленное снаружи емкости, вместо крепления к ее крышке. Пользователь может иметь доступ к хлораторному устройству, не затрагивая систему обработки воды или касаясь пальцами воды в системе. Участки хлораторного устройства могут просматриваться, что позволяет пользователю видеть оставшуюся таблетку хлора без вскрытия или доступа к хлораторному устройству.
В другом варианте осуществления изобретения система обработки воды включает ручной насос, который дает возможность системе работать без электричества или источника воды под давлением. До выхода из системы, для потребления, вода проходит через фильтр, который удаляет из нее загрязняющие вещества. Насос поднимает отрицательное избыточное давление со стороны выхода фильтра по сравнению со стороной входа, что позволяет пользователю получать воду с намного большей скоростью, чем при гравитационном ее прохождении через фильтр. Первым преимуществом насоса является то, что он дает возможность применения фильтров, которые требуют более высоких скоростей течения и/или давлений.
Еще в одном варианте осуществления изобретения система обработки воды включает флокулирующую воронку и черпак. С помощью черпака в систему могут быть добавлены и размешаны флокулирующие химреагенты. Во время флокуляции черпак может быть оставлен в резервуаре и собирать твердые частицы. По завершении флокуляции, для выхода воды над осадком в черпаке, может быть активирован выходной клапан. Вода может быть слита в другую систему обработки воды.
Краткое описание чертежей
Изобретение может быть лучше понято с помощью чертежей и последующего описания. Со ссылкой на следующие чертежи описаны не ограничивающие и не исчерпывающие варианты осуществления. Составляющие компоненты на чертежах не обязательно выполнены в масштабе, акцент при этом делается на иллюстрацию принципов изобретения. Подобные ссылочные номера на чертежах означают соответствующие или подобные части на разных видах.
Фиг.1 представляет принципиальную схему, описывающую традиционный процесс песочной фильтрации с гравитационной подачей;
Фиг.2 является иллюстрацией традиционного биопесочного фильтра с биологическим слоем и множеством слоев песка и гравия;
Фиг.3 представляет принципиальную схему, описывающую традиционный процесс биопесочной фильтрации с возможным дозированием хлора;
Фиг.4 иллюстрирует резервуар флокуляции согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.5 является графическим представлением процесса хлорирования согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.6 иллюстрирует резервуар и процесс хлорирования/дехлорирования согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.7 является иллюстрацией в разобранном виде резервуара хлорирования/дехлорирования и процесса согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.8 является иллюстрацией хлорирующей капсулы согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.9 является иллюстрацией водоналивной воронки с хлорирующей капсулой согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.10 является иллюстрацией водоналивной воронки с хлорирующей капсулой согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.11 является иллюстрацией водоналивной воронки с хлорирующей капсулой согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.12 является иллюстрацией резервуара хлорирования/дехлорирования и процесса согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.13 является графической иллюстрацией процесса флокуляции и хлорирования/дехлорирования согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.14 является иллюстрацией резервуара флокуляции и процесса, объединенных с резервуаром хлорирования/дехлорирования и процессом согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.15 является иллюстрацией резервуара флокуляции, резервуара биопесочной фильтрации и резервуара хлорирования/дехлорирования согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.16 является иллюстрацией объединенных биопесочного фильтра и резервуара хлорирования/дехлорирования и процесса согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.17 является иллюстрацией слоя песочного фильтрующего устройства согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.17а является иллюстрацией альтернативного варианта осуществления слоя песочного фильтрующего устройства;
Фиг.18 является иллюстрацией в разобранном виде варианта осуществления, представленного на фиг.17;
Фиг.19 является иллюстрацией альтернативного варианта осуществления прессованного блочного фильтрующего устройства;
Фиг.20А иллюстрирует единичный фильтрующий прессованный блок согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.20В иллюстрирует двойной фильтрующий прессованный блок согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.21 иллюстрирует компоненты прессованного биопесочного блочного фильтра согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.22 иллюстрирует принципиальную схему варианта осуществления мини-биопесочного процесса обработки воды;
Фиг.23 иллюстрирует вариант осуществления работы мини-биопесочного устройства обработки воды;
Фиг.24 иллюстрирует процедуру обработки и содержания мини-биопесочного устройства обработки воды;
Фиг.25 иллюстрирует принципиальную схему одного варианта осуществления процесса фильтрации прессованного блочного фильтра;
Фиг.26 иллюстрирует вариант осуществления работы мини-биопесочного устройства обработки воды с прессованным блочным фильтром;
Фиг.27 иллюстрирует течение воды по одному варианту осуществления прессованного блочного фильтра;
Фиг.28 иллюстрирует один вариант осуществления процедуры обработки и содержания прессованного блочного фильтра;
Фиг.29 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления прессованного блочного фильтра диаметром, много большим его длины;
Фиг.30 иллюстрирует устройство флокуляции согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления, применяемое в качестве предварительной обработки воды;
Фиг.31 иллюстрирует вариант осуществления сифона и кранового механизма для гарантирования соответствующей единовременной флокуляции;
Фиг.32 иллюстрирует сифон и крановый механизм для гарантирования соответствующей единовременной флокуляции;
Фиг.33 иллюстрирует возможный диффузор для снижения нарушения осадочного слоя на дне резервуара флокуляции;
Фиг.34 иллюстрирует хлораторное устройство на выходе биопесочного устройства обработки воды согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.35 иллюстрирует один вариант осуществления устройства дозирования хлора;
Фиг.36 иллюстрирует путь течения воды через устройство дозирования хлора по фиг.35;
Фиг.37 иллюстрирует один вариант осуществления замены хлорирующей капсулы;
Фиг.38 иллюстрирует один вариант осуществления системы обработки воды с ручным поршневым насосом;
Фиг.39 иллюстрирует вид в перспективе одного варианта осуществления системы обработки воды с флокулирующей воронкой;
Фиг.40 иллюстрирует вид сверху и несколько видов сбоку одного варианта осуществления системы обработки воды с флокулирующей воронкой;
Фиг.41 иллюстрирует вид сбоку флокулирующей воронки, представленной на фиг.40;
Фиг.42 иллюстрирует вид в перспективе флокулирующей воронки, представленной на фиг.40, с удаленным черпаком;
Фиг.43 иллюстрирует в разобранном виде участок флокулирующей воронки, представленной на фиг.40, со выходным клапаном;
Фиг.44 иллюстрирует один вариант осуществления фильтрующего устройства, включающий фильтр из вспененного материала;
Фиг.45 иллюстрирует фильтрующее устройство, включающее фильтры из вспененного материала и тонкого песочного слоя согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления;
Фиг.46 иллюстрирует фильтрующее устройство с тонким фильтром из вспененного материала согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления; и
Фиг.47 иллюстрирует способ исполнения радиального фильтрующего блока из вспененного материала согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления.
Подробное описание изобретения
Система обработки воды POU данного изобретения обладает приспособляемостью к множеству ситуаций. С целью обработки воды для потребления или другого применения различные компоненты могут быть применены единично или в разных сочетаниях. Важно отметить, что исполнения, детализированные ниже, являются примерными и не исчерпывающими возможности.
Представленные здесь иллюстрации вариантов осуществления предназначены для обеспечения общего понимания структуры различных вариантов. Иллюстрации не предназначены, чтобы служить в качестве полного описания всех элементов и признаков аппарата и систем, которые используют представленные здесь структуры и способы. После изложения изобретения специалистам в данной области техники будут очевидны многие другие варианты осуществления. Из раскрытия могут быть утилизированы и получены другие варианты осуществления, так что структурные и логические новации и изменения могут быть выполнены без отступления от объема изобретения. Дополнительно иллюстрации дают только представление и не могут быть выполнены в масштабе. Некоторые соотношения в иллюстрациях могут быть преувеличены, в то время как другие соотношения могут быть минимизированы. Соответственно раскрытие и чертежи следует воспринимать в качестве иллюстративной, а не ограничивающей информации.
Один или более вариантов осуществления могут быть названы здесь "изобретением" только для удобства и без намерения сознательно ограничить объем такого применения для любого конкретного изобретения или изобретательской идеи. Кроме того, несмотря на то, что здесь проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления, следует учесть, что любое последующее устройство, выполненное для достижения той же самой или подобной цели, может быть использовано в показанных конкретных вариантах осуществления. Данное раскрытие предназначено для охвата любой и всех последующих адаптации или вариаций различных вариантов осуществления. После изучения описания специалистам в данной области техники будут ясны сочетания вышеизложенных вариантов осуществления и других, не раскрытых здесь, конкретных вариантов осуществления.
Раскрытая сущность должна быть рассмотрена иллюстративно и без ограничений. Специалистам в данной области техники понятно, что в объеме изобретения возможны многие другие варианты осуществления и исполнения.
I. Флокуляция
Фиг.4 иллюстрирует систему обработки с флокулянтом (иногда называемым "коагулянтом" или "связующим веществом") согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Система обработки воды, в общем, включает резервуар (404), имеющий вход (414) и выход (408). Резервуар (404) иллюстрируемого варианта осуществления является емкостью, например, обычной традиционной пластиковой емкостью в 5 галлонов. Емкость (404) альтернативно может быть, по существу, любым другим контейнером или резервуаром, пригодным для хранения воды и флокулянта. В иллюстрируемом варианте осуществления выход (408) может быть представлен обычным краном или любым другим клапаном, пригодным для раздельного выхода воды из резервуара (404). Выход (408) (напр., кран) смонтирован в стенке резервуара (404), на уровне выше ожидаемой глубины осадка, который аккумулируется во время периода осаждения. Неочищенную воду (400) вводят в контейнер или резервуар (404) вместе с флокулянтом (402). Объединенный раствор (406) воды и флокулянта смешивают и некоторое время, например несколько часов, выдерживают в резервуаре (404). После заметного осаждения на дне резервуара (404) твердых частиц открывают кран или клапан (408), позволяя воде вытечь из резервуара, оставляя коагулированные частицы (412) на дне резервуара, откуда они могут быть удалены пользователем при промывании и ополаскивании.
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей POU удаляет из воды загрязняющие вещества флокуляцией. Флокуляция предусматривает применение химического реагента определенного вида (флокулянта) для стимулирования выхода взвешенных в воде частиц из раствора путем совместного связывания (коагулирования) и осаждения на дно резервуара или контейнера, благодаря увеличению веса добавлением флокулянта. В некоторых случаях взвешенные в воде частицы будут осаждаться на дне контейнера, но это может занимать длительные промежутки времени. Другие частицы могут оставаться в растворе и никогда не оседать на дно.
На практике в аграрных и экономически неразвитых районах воду набирают в контейнер или резервуар из водного источника, например озера, реки или родника. Флокулянт добавляют в небольших дозах; например чайную ложку для обработки воды в контейнере 5 галлонов. Флокулянт может состоять из множества химикатов, например алюминиевых квасцов, aluminum chlorohydrate, сульфата алюминия, негашеной извести, гашеной извести, хлористого железа, сульфата железа, полиакриламида, poly aluminum chloride, алюминиевокислого натрия или кремнекислого натрия. Могут быть также применены дополнительные или альтернативные природные флокулянты, например, хитозан, семена moringa olifera, папаин или рыбий клей. С целью получения улучшенных результатов, после добавления дозы флоккулянта, он может быть размешан для равномерного распределения химиката по контейнеру. Размешивание может быть выполнено с использованием обычного электромеханического перемешивающего устройства, устройства магнитного перемешивания, средства механического перемешивания, например ложки, или других способов перемешивания или перемешивающих устройств.
Следующий этап предусматривает отстаивание очищенной воды в контейнере в течение некоторого периода времени. В случае контейнера в 5 галлонов предпочтительно отстаивание очищенной воды в течение 12-24 часов, для коагулирования и осаждения твердых частиц на дне контейнера, хотя при сочетаниях химических и водных условий время может быть намного короче. Поскольку данный процесс может быть довольно продолжительным, то для получения растущего запаса очищенной флокулянтом воды может быть предпочтительно предусматривать более одного контейнера и на разных стадиях времени обработки. Далее обогащенной флокулянтом воде дают возможность на некоторое время отстояться, например, несколько часов, или пока не будет заметен осадок частиц на дне контейнера. Важно отметить, что микробы или микроорганизмы и некоторые твердые частицы и другие загрязняющие воду вещества могут продолжать присутствовать в очищенной флокулянтом воде.
После эффективной обработки вода может быть удалена из контейнера через кран или клапан, встроенный в контейнер (предпочтительно в точке, по глубине, выше ожидаемого уровня осадка).
II. Хлорирование/дехлорирование
Согласно, по меньшей мере, одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей POU предусматривает, с целью дезинфекции воды, процесс хлорирования/дехлорирования с применением хлора для дезактивации микроорганизмов, которые могут находиться в воде. Хлор для обработки воды может быть получен из множества источников, например таблеток треххлористой изоциануровой кислоты, применяемых обычно в плавательных бассейнах, гипохлорита кальция или двухлористой изоциануровой кислоты. Подлежащую обработке воду наливают в резервуар или контейнер, куда добавляют в замеренных дозах хлор. Для удаления из воды хлора применяют фильтр, так что выдаваемая очищенная вода не имеет привкуса хлора, который может быть нежелателен потребителям. После прохождения через процесс хлорирования/дехлорирования вода готова к употреблению. Принципиальная схема приведена на фиг.5.
Треххлористая изоциануровая кислота (CAS #87-90-1) является устойчивым средством поставки хлора в воду. Она обеспечивает, благодаря тройному содержанию хлора в молекуле, более высокую, по сравнению с другими отмеченными видами, концентрацию хлора (90% доступного хлора). Она допущена Национальным санитарным фондом США (NSF) для питьевой воды и является абсолютно доступной. Применение таблеток треххлористой изоциануровой кислоты обеспечивает дополнительное преимущество при обработке воды, заключающееся в том, что она способна к удалению из воды мышьяка. В природных условиях мышьяк в воде находится на уровне окисления +3. Изоциануровая кислота из таблеток хлора окисляет мышьяк в воде от уровня +3 до уровня +5. Когда мышьяк находится на уровне +5, угольный блочный фильтр удаляет его из воды.
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей POU использует, с целью дезинфекции воды, процесс галогенизации/дегалогенизации с применением химиката для дезактивации микроорганизмов, которые могут находиться в воде. Галогенные химические реагенты могут быть получены из множества источников, например брома и йода. Подлежащую обработке воду наливают в бак или контейнер, куда добавлен в замеренных дозах галогенный химикат. Для удаления из воды галогенного химиката используют фильтр, так что выдаваемая очищенная вода не имеет химического привкуса, который может быть нежелателен для потребителей. После прохождения через процесс галогенизации/дегалогенизации вода готова к употреблению.
Фиг.6 и 7 иллюстрируют хлорирующую/дехлорирующую обработку согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Устройство хлорирования/дехлорирования включает резервуар (606), хлоратор (600, 602 и 604), диффузор (610), дехлоратор (612) и выход (616). Резервуар (606) иллюстрируемого варианта осуществления представлен емкостью, например обычной пластиковой канистрой вместимостью 5 галлонов. Емкость (606) альтернативно может быть, по существу, любым другим контейнером или резервуаром, пригодным для хранения воды. Иллюстрируемая емкость (606) включает ручку (622) и откидную шарнирную крышку (620). Емкость (606) может также иметь дренажное отверстие (624) при переливе. Дренажное отверстие (624) может включать сетку против насекомых (не показано). В иллюстрируемом варианте осуществления хлоратор включает водоналивную воронку (600), хлорирующую капсулу (602) и одну или более таблеток (604) хлора. В иллюстрируемом варианте осуществления система включает дополнительные диффузоры (610), которые способствуют перемешиванию химикатов. Система может включать множество слоев диффузоров (610). В варианте осуществления по фиг.6 и 7 дехлоратор может включать угольный фильтр, например фильтр в виде блока из прессованного угля. Угольный блочный фильтр может быть заменен другими фильтрами, пригодными для соответствующего дехлорирования воды. В иллюстрируемом варианте осуществления выход (616) может быть обычным краном или любым другим клапаном, пригодным для селективного выхода воды из резервуара (606). Выход (616) (напр., кран) установлен в стенке резервуара (606) и соединен с выходом дехлоратора (612), например, втулкой (614) и уплотнительными кольцами (618). Подлежащую обработке воду или воду, которая прошла предварительно обработку, например флокуляцию или биопесочную фильтрацию, наливают в водоналивную воронку (600), которая содержит хлорирующую капсулу (602), содержащую, по меньшей мере, одну таблетку (604) хлора. Таким образом, воду подвергают воздействию хлора в таблетках и хлор растворяют в воде, например, 2-4 ppm (частей на миллион). Дополнительно процесс показан на фиг.10. Желательно, для наилучшего результата, использовать воду, которая прошла какой-то вид удаления твердых частиц, например обработку флокулянтом или биопесочным фильтром. Это, за счет снижения закупоривания, продлит срок службы удаляющего хлор угольного фильтра.
Далее хлорированная вода поступает в хлорирующий резервуар (606), который может содержать воздушный зазор (608), для поддержания в воде приемлемого уровня концентрации хлора и изоциануровой кислоты, и может также, возможно, содержать диффузоры (610), которые улучшают перемешивание хлорированной воды до однородного раствора. Для удаления находящегося в воде растворенного хлора в резервуаре (606) также постоянно находится блочный фильтр (612) из прессованного активированного угля.
Фильтром может быть угольный блочный фильтр "eSpring", поставляемый "Amway Corp.", of Ada, шт.Мичиган. Втулка (614) соединяет фильтр с краном или клапаном и герметически соединена уплотнительными кольцами (618) с фильтром или краном. Контейнер или резервуар (606) может включать шарнирную или иную, отдельно закрывающуюся крышку (620), а также, возможно, ручку (622) для переноски. Резервуар может также включать дренажное отверстие (624) для целей выхода при переполнении, которое включает барьер для предотвращения попадания в резервуар посторонних предметов. На фиг.7 показан резервуар хлорирования/дехлорирования в разобранном виде.
Фиг.8 является иллюстрацией дозирующего хлор устройства в увеличенном масштабе, которое включает колпачок (800), защищающий таблетки (802) хлора от выпадения из капсулы (804). Для обеспечения возможности контакта неочищенной воды с таблетками (802) хлора, приводящего к некоторому растворению хлора в водном растворе, капсула на нижнем участке включает множество отверстий (806). Далее вода поступает в резервуар и, при желании, может быть профильтрована перед выдачей для использования (не показано). Один вариант осуществления дозирующего устройства включает две таблетки хлора, которые полностью растворяются после обработки приблизительно 2000 или более галлонов воды. Другие конструкции, по желанию, могут потребовать большего дозирования воды с более высоким расходом хлора. В других вариантах осуществления разные объемы очищенной воды обеспечиваются различным числом таблеток хлора и различной формы. Колпачок (800) может быть закреплен на капсуле (804) с помощью резьбы, что позволяет пользователю, по израсходовании на обработке воды таблеток хлора, устанавливать новые таблетки. При желании, может быть обеспечен капсульный комплект (808) с герметичным колпачком, который исключает прямой контакт пользователя с хлором. Например, колпачок (800) может быть закреплен на капсуле (804) ультразвуковой сваркой или одноразовой резьбой. Дополнительно, возможно, может быть обеспечен единый картридж с герметизированными внутри таблетками, в виде блока одноразового применения. Другим достоинством герметичного исполнения капсулы является то, что она облегчает безопасность обращения и соблюдение требований транспортировки таблеток треххлористой изоциануровой кислоты. При транспортировке в больших количествах треххлористая изоциануровая кислота может представлять опасность возгорания. Например, при ее транспортировке в больших количествах может вступить в действие особая практика и требования. При расфасовке в небольших количествах, в отдельных герметических капсулах, опасность значительно снижается и необходимость в особой практике и требованиях к транспортировке отпадает.
На фиг.9 показан другой вариант осуществления капсулы и водоналивной воронки. Устройство (900) дозирования хлора показано отцентрированным с точкой крепления внутри водоналивной воронки (902). В данном варианте осуществления дозирующее устройство прочно соединено с воронкой, так что выходные отверстия капсулы примыкают к нижней поверхности днища воронки. Данное расположение повышает вероятность того, что неочищенная вода будет полностью подвергнута воздействию таблеток хлора, с достижением соответствующего дозирования, перед выходом из воронки через выходные отверстия (904) и отложением в резервуаре хлорирования (не показано). Желательно выполнить выходные отверстия в капсуле на скорость течения, предусмотренную устройством, чтобы дать возможность хлору раствориться в воде на уровнях, которые являются эффективными для уничтожения микробов. Если неочищенная вода недостаточно подвержена воздействию, то вода внутри резервуара будет иметь слишком низкий процент растворенного хлора для эффективного избавления ее от микробов. Наоборот, если вода подвержена воздействию слишком большого количества хлора, то микробы будут убиты, но срок службы дехлорирующего фильтра (в случае его установки) будет сокращен, а если фильтр не применяют, то высокие уровни хлора могут привести к тому, что очищенная вода будет иметь нежелательный привкус. Например, выходные отверстия (904) могут быть выполнены так, чтобы поддерживать темп выходного течения из флокуляции или резервуара биопесочного фильтра. Данная скорость могла бы находиться между 300 и 900 мл/мин.
Tm
Фиг.10 детализирует процесс хлорирования. Неочищенная вода (1000) поступает в воронку через верхнее отверстие. Вода может быть подана в воронку через биопесочный фильтр с помощью емкости или кувшина, или любого соответствующего устройства подачи воды в воронку. Вода течет вокруг хлорирующей капсулы (1002), но не через капсулу. Диффузионные отверстия обеспечивают подачу контролируемого количества хлора в водный поток, поскольку вода течет вокруг капсулы (1004). Для достижения предпочтительного уровня хлора рассчитывают количество и размер отверстий. Отверстия (1006) в днище воронки обеспечивают достаточное ограничение потока для поднятия уровня воды и окружения капсулы. В то же самое время они обеспечивают достаточный выход воды для поддержания выходного течения предыдущего устройства, например, "Hydr Aid  Safe Water System of International Aid, Inc. Of Spring Lake, шт.Мичиган (теперь Safe Water Team).
На фиг.11 представлен другой вариант осуществления водоналивной воронки для применения при обработке воды в большем объеме. Неочищенная вода (1100) поступает в воронку (1102), которая характеризуется отверстием большего размера, для придания поступающей воде более высокой скорости течения, например 5 галлонов/мин или более. В нижней части воронки показано множество таблеток (1104) хлора, которые выделяют больше хлора для более быстрой абсорбции текущей водой. Количество таблеток может меняться в соответствии с состоянием местной воды и условиями дозирования. Далее хлорированная вода (1106) выходит в воронку и хранится в резервуаре хлорирования/дехлорирования (не показано).
На фиг.12 представлен другой вариант осуществления резервуара хлорирования/дехлорирования данного изобретения. Показан резервуар (1200), укомплектованный дозирующим хлор устройством и возможными диффузорами. В нижней части резервуара показан водовод (1202), который соединен с расположенной снаружи резервуара (1200) фильтрующей камерой (1204). Водовод может быть жестким или гибким, например, пластиковой трубой или шлангом, и герметически соединенным как с резервуаром, так и с фильтрующей камерой. Фильтрующая камера (1204) также содержит фильтрующий материал, например, типа угольного блока, для удаления хлора до выдачи через кран или другой клапан, также герметически соединенный с фильтрующей камерой. Вокруг фильтрующего материала может быть добавлен дополнительный предварительный фильтр, который можно периодически заменять для удерживания твердых частиц, которые возможно не смогли удалить при предшествующей флокуляционной обработке.
III. Флокуляция и хлорирование/дехлорирование
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет из воды загрязняющие вещества сочетанием процессов коагуляции и/или флокуляции и хлорирования/дехлорирования, с целью оказания помощи пользователям по удалению из воды твердых частиц, а также дезактивации микроорганизмов. Принципиальная схема процесса представлена на фиг.13.
Как раскрыто выше, в аграрных или экономически неразвитых районах вода может быть набрана в контейнеры или резервуары из водного источника, например, озера, реки или родника. Флокулянт добавляют в небольших дозах; например чайную ложку на контейнер емкостью 5 галлонов подлежащей обработке или пропущенной через дозиметр воды. С целью получения наилучших результатов, для равномерного распределения химиката по контейнеру, после внесения дозы флоккулянта, ее размешивают. В определенных ситуациях, в зависимости от местных водных условий, могут быть введены дополнительные химикаты, например сульфат алюминия, сульфат железа или хлорид железа.
На следующем этапе очищенной воде дают отстояться некоторое время в своем контейнере. В случае контейнера емкостью 5 галлонов, для коагуляции и осаждения на дне контейнера твердых частиц предпочтительное время составляет между 12 и 24 часами. Поскольку данный процесс является, в некоторый степени, продолжительным по времени, то для создания устойчивого запаса очищенной флокуляцией воды предпочтительно иметь более одного задействованного контейнера, и на разных временных стадиях обработки. После достаточной обработки воды ее можно удалить из контейнера выпусканием, или через кран, или клапан, составляющий одно целое с контейнером (предпочтительно в точке на глубине выше ожидаемого уровня осаждения).
3
Далее заметно очищенная вода выходит или ее направляют из резервуара флокуляции в резервуар хлорирования/дехлорирования, где добавляют хлор. В одном варианте осуществления скорость течения воды из резервуара флокуляции равна приблизительно 900 мл/мин, а вода будет прохлорирована до уровня между 2 и 5 мг/м. Воздушный зазор в хлорирующем резервуаре снижает возможность превышения содержания хлора в воде, а дополнительный диффузор способствует перемешиванию воды для облегчения равномерного хлорирования при входе воды в резервуар, а также при ее удалении через установленный в нижней части кран. Для хлорирующего резервуара емкостью 5 галлонов, при скорости притока 900 мл/мин, доза хлора достаточна для уничтожения более 99,99% бактерий и более 99,9% присутствующих в воде вирусов.
Для удаления из воды хлора используют фильтр, поэтому выдаваемая очищенная вода не имеет недопустимый уровень привкуса хлора, который может быть нежелателен потребителю. После прохождения воды через стадию хлорирования/дехлорирования, со скоростью приблизительно от 0,2 до 0,5 gpm (галлонов/мин), она готова к употреблению.
Как показано на фиг.14, резервуар флокуляции объединен с резервуаром хлорирования/дехлорирования, с целью обеспечения устройства по удалению из неочищенной воды твердых частиц и микробов. В резервуар флокуляции (1404) вводят неочищенную воду (1400) и флокулянт (1402). Воду и флокулянт перемешивают и дают некоторое время отстояться. После осветления воды ее удаляют из резервуара (1404) через кран (1408), который установлен выше глубины осажденных твердых частиц (1406). Как раскрыто выше, вода в хлорирующий резервуар (1410) поступает через водоналивную воронку. До удаления хлора через фильтр хлорированная вода собирается в хлорирующем резервуаре. Дехлорированную воду удаляют через кран в нижней части резервуара, и она готова к употреблению.
IV. Флокуляция + существующий биопесочный фильтр
+ хлорирование/дехлорирование
Согласно одному варианту осуществления, система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет загрязняющие вещества из воды добавлением к процессам флокуляции и хлорирования/дехлорирования процесса биопесочной фильтрации, с целью оказания помощи пользователям в удалении твердых частиц из воды, дезактивации микроорганизмов и удаления дополнительных твердых частиц и микробов или микроорганизмов.
Как раскрыто выше, в аграрных или экономически неразвитых районах вода может быть набрана в контейнер или резервуар из водного источника, например озера, реки или родника. Флокулянт добавляют в небольших дозах; например чайную ложку на контейнер емкостью 5 галлонов подлежащей обработке воды. С целью получения лучших результатов, для равномерного распределения химиката по контейнеру, после внесения дозы флокулянта, ее перемешивают.
На следующем этапе очищенной воде дают отстояться некоторое время в своем контейнере. В случае контейнера емкостью 5 галлонов, для коагуляции и осаждения на дне контейнера твердых частиц, предпочтительное время составляет между 12 и 24 часами. Поскольку данный процесс является в некоторой степени продолжительным по времени, то для создания устойчивого запаса очищенной флокуляцией воды предпочтительно иметь более одного задействованного контейнера, и на разных временных стадиях обработки. После достаточной обработки вода может быть удалена из контейнера выпусканием, или через кран, или клапан, составляющий одно целое с контейнером (предпочтительно в точке на глубине выше ожидаемого уровня осаждения).
Далее обработанную флокулянтом воду выходают в биопесочный фильтр, который, в общем, характеризуется рядом слоев песка и гравия различных диаметров, которые улавливают твердые частицы и микробы. Верхние два дюйма данных песочных фильтров обычно называются слоем микробов или микроорганизмов, или "биопесочным" слоем. Он является тем слоем, в котором улавливаемые микробы стремятся уничтожить органический материал воды. Из-за необходимости эффективности слоев песка и гравия биопесочные фильтры являются, в общем, большими и громоздкими устройствами и, для эффективности, обычно требуют регулярного ухода. Дополнительно биопесочные фильтры являются особенно неэффективными в улавливании микробов, поскольку некоторые микробы могут не улавливаться в биопесочном фильтре и при отсутствии последующей обработки хлорированием могут попасть к потребителям.
Вода поступает в биопесочный фильтр и проходит через ряд слоев песка и гравия. Затем вода выходит или ее направляют из биофильтрующего резервуара в резервуар хлорирования/дехлорирования, где в отмеренных дозах добавляют хлор. Для удаления хлора из воды применяют фильтр, так что выдаваемая очищенная вода не имеет привкуса хлора, который может быть нежелателен потребителям. После прохождения через процесс хлорирования/дехлорирования вода готова к употреблению.
Для обеспечения очищенной воды, которая является в общем чище и безопаснее, чем если бы ее обработали только устройством с биопесочным фильтром, в одном варианте осуществления систему обработки воды с гравитационной подачей по данному изобретению применяют в сочетании с существующей системой обработки воды с биопесочным фильтром. Данный вариант осуществления представлен на фиг.15.
В резервуаре флокуляции неочищенную воду (1500) объединяют с флокулянтом (1502). Несущая поддержка (1506) обеспечивает безопасную платформу для размещения резервуара (1504). Несущая поддержка может, по желанию, включать подвески, щели или гнезда, специально выполненные для хранения или вспомогательных принадлежностей.
Обработанная флокулянтом вода (1508) вытекает из резервуара и направляется поддержкой в биопесочный фильтрующий резервуар (1510), например HydrAid™ Safe Water System of Intemetional Aid, Inc. of Spring Lake, Michigan. Воду очищают устройством HydrAid™ и удаляют дополнительные твердые частицы и некоторые микробы. Профильтрованная биопесочным фильтром вода (1512) далее вытекает из устройства HydrAid™ и входит в резервуар (1514) хлорирования/дехлорирования, где воду подвергают воздействию хлора, а хлор, до выдачи воды для потребления, удаляют фильтром. Могут быть обеспечены дополнительные принадлежности (1518), которые могут включать мерную ложку для химического дозирования, устройство химического дозирования для обеспечения точных и воспроизводимых доз химикатов и таймер.
V. Биопесочный фильтр и хлорирование/дехлорирование
Согласно еще одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет загрязняющие вещества из воды объединением процессов биопесочной фильтрации и хлорирования/дехлорирования в единый поточный процесс. В данном варианте осуществления, как показано на фиг.16, неочищенную воду (1600) наливают в резервуар биопесочной фильтрации (1602). Биопесочный фильтр содержит множество слоев материала для улавливания твердых частиц различных размеров. Когда вода проходит вниз через слои песка, она сближается с перфорированной опорной решеткой (1604), которая позволяет воде проходить через нее, но не допускает прохождение какого-либо песка далее за решетку. Водосборный лоток (1606) собирает воду, которая проходит через решетку, и направляет ее в воронкообразный участок лотка, где находится хлорирующая капсула (1608). Хлорирующая капсула содержит множество отверстий, позволяющих воде входить в соприкосновение с хлором и, тем самым, абсорбировать некоторое количество хлора. Хлорированная вода протекает через воронку и собирается в резервуаре, который может включать воздушный зазор (1610) и диффузоры (1612). Воздушный зазор может поддерживаться регулированием скорости истечения из воронки, которая должна быть ниже скорости истечения из крана. Фильтр (1614), который может быть угольным, удаляет хлор из воды и направляет ее к крану (1616), где она готова к употреблению
Важно отметить, что размер контейнеров может изменяться без отступления от границ изобретения. Например, как раскрыто выше, для обработки воды могут применяться небольшие контейнеры емкостью около 5 галлонов, или более крупные контейнеры 50, 500 или 1000 галлонов или более. Процессы, раскрытые выше, по-прежнему применимы для разных размеров, зависящих от объема подлежащей обработке воды.
Дополнительным источником неочищенной воды (кроме ручьев, озер и рек) является так называемая "бытовая сточная вода" - неиндустриальная сточная вода, создаваемая коммунальным хозяйством, например мойка посуды, стирка и мытье. Бытовая сточная вода допускает возможность применения процесса водооборота, когда воду, вместо возвращения в окружающую среду, используют повторно на месте. Например, в отстойнике или ванне можно было бы собирать воду от ручной мойки, которую затем выпускали бы в систему обработки воды (POU), как раскрыто выше.
При более масштабном применении, например многоквартирный дом, бытовая сточная вода может быть собрана в централизованном месте, например подвальном помещении, и далее, как показано выше, направлена в систему обработки воды. Очищенная вода затем может быть подана по трубам обратно в систему водоснабжения или использована для промывки туалетов или другого домашнего использования. Дополнительно к снижению потребления воды в доме снижается также объем воды, выходящей из его канализационной системы. Конструктивное исполнение отвода воды и входных труб выполнено с возможностью раздельного направления движения твердых отходов из туалетов и жидких отходов из ванн, стиральных и посудомоечных машин. Таким образом, бытовые сточные воды из последних направляются в сборный резервуар здания, а не в местную систему канализации. Очищенную по раскрытым выше процессам воду закачивают далее либо раздельно к точкам выдачи, например ваннам, стиральным машинам или туалетам, либо объединяют с поступающей снаружи питьевой водой.
VI. Мини-биопесочное система обработки воды с усовершенствованным фильтром
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет загрязняющие вещества из воды введением усовершенствованного фильтра для удаления из воды твердых частиц, дезактивации микроорганизмов и удаления дополнительных твердых частиц и биологического вещества.
Данные варианты осуществления направлены на неэффективность типовых биопесочных фильтров на первых нескольких дюймах слоя. Мусор может быть уменьшен, не являющиеся необходимыми материалы могут быть удалены и за счет снижения количества песка может быть повышено удобство применения системы обработки воды. В результате общий размер системы становится меньше размера типовых биопесочных фильтров. Например, один вариант осуществления данного изобретения может быть высотой приблизительно 29" и диаметром приблизительно 12". Дополнительно могут быть устранены проблемы, обнаруженные в типовых биопесочных фильтрах. Например, некоторые типовые биопесочные фильтры действуют подобно хроматографической колонне, когда более крупные твердые частицы задерживаются на верхней границе песочного слоя, а более мелкие твердые частицы прогрессирующе проходят до нижних участков песочного слоя. Не задержанные песочным слоем частицы полностью проходят с просачивающейся водой.
Мини-биопесочное система обработки воды может быть применена автономно или в сочетании с этапами флокуляции и коагуляции, до обработки. Оно может быть также применено автономно или в сочетании с последующей обработкой для хлорирования и, по желанию, дехлорирования очищенной воды.
А. Фильтр с песочным слоем
Один вариант осуществления мини-биопесочного устройства обработки воды, включающий фильтр с песочным слоем, представлен на фиг.17. Наружная емкость (1704) содержит слой гравия (1714). Водовыпускная труба (1718) забирает воду из наружной емкости через отверстие (1716), расположенное ниже уровня слоя гравия. Выход (1720) в трубе расположен на высоте, установленной над верхом (1708) песочного слоя, который размещен во внутренней емкости (1702). Внутренняя емкость находится в наружной емкости и имеет отверстия (1712) в нижней поверхности, которые позволяют воде проходить из внутренней емкости в наружную емкость. Содержащиеся во внутренней емкости два слоя (1710) нетканого фильтрующего материала, например впитывающей влагу бумаги, установлены над отверстиями в нижней части внутренней емкости, но ниже песочного слоя. Сетчатый водяной фильтр (1700) находится во внутренней емкости и имеет отверстия (1706) в нижней поверхности. По желанию, водовыпускная труба (1718) может быть расположена внутри наружной емкости (1704) и внутренней емкости (1702). На фиг.18 представлен вариант осуществления по фиг.17, в разобранном виде.
По фиг.23, при поступлении в мини-биопесочное устройство обработки вода сначала проходит через сетчатый водяной фильтр (2300), который гасит турбулентность, вызванную ее вливанием в устройство. Верхний слой песочного слоя содержит биологические агенты, которые могут быть повреждены турбулентностью. Далее вода проходит через песочный слой (2304). Местная флора из проживающих в верхнем слое песка микробов пытается уничтожить природный органический материал и другие микробы. В результате в просачивающейся воде имеет место снижение природного органического материала и микробов. Далее вода проходит через фильтры из нетканого материала и отверстия в нижней части внутренней емкости. Одной функцией нетканого материала является предотвращение утечки песка через отверстия в нижней части внутренней емкости. Затем после прохождения через отверстия во внутренней емкости вода стекает в полость, образованную между нижними частями наружной и внутренней емкостей. Данная полость может быть заполнена или не заполнена гравием (2306). Гравий при его введении обеспечивает конструктивную поддержку нижней части внутренней емкости непосредственно над собой. Альтернативно (но на фиг. не показано) гравий может быть заменен другими более уплотняющимися материалами, например стеклянными шариками, или пластмассовыми шайбами, или сетчатой конструкцией с несущим оребрением. Вода вытекает из нижней части наружной емкости через отверстие и поступает по трубе к выходу (2308). Относительная высота выхода трубы к высоте песка и высоте (2310) полной емкости воды является фактор, который определяет: как много воды и как быстро она течет по устройству. Высота (2302) воды при заполненной емкости помогает определить начальное давление размещенной на слое песка воды. В общем, чем выше давление воды, тем быстрее вода может протекать по устройству. Высота (2314) выходной трубы устанавливает точку, в которой вода будет прекращать течение по устройству. Если высота воды в емкости (2312) падает до уровня, равного высоте выходной трубы, то давление воды придет в равновесие и течение остановится. В данном варианте осуществления вода прекращает течение при высоте, несколько большей уровня песка. Это гарантирует, что небольшая глубина воды всегда покрывает песок и биологический слой остается неповрежденным (2316).
Используя данную Манцом рекомендуемую максимальную скорость в габаритном сечении, можно провести расчеты по определению минимального габаритного сечения фильтра любой геометрии. Дополнительно могут быть подсчитаны данная предпочтительная максимальная скорость течения устройства, минимальный диаметр круглого фильтра с песочным слоем. Дополнительно могут быть подсчитаны данная предпочтительная максимальная скорость течения устройства, минимальная длина стенки квадратного фильтра с песочным слоем. Все последующие уравнения получены из основного уравнения:
F = V·A
F = скорость течения
V = скорость в габаритном сечении фильтра
А = габаритное сечение фильтра
Для любой предпочтительной максимальной скорости течения минимальное габаритное сечение фильтрующего слоя может быть подсчитано по уравнению:
2
Amin = минимальное габаритное сечение фильтрового слоя (см)
Amin = Fmax / Vmax
Fmax = максимальная скорость течения, предпочтительная для применения (мл/мин)
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу.
Пример: необходимая для применения максимальная скорость течения составляет 1000 мл/мин. Определить минимальное габаритное сечение фильтрующего слоя.
3
2
Решение: Amin = (1000 см/мин) / (1 см/мин) = 1000 см
Для круглого песочного слоя минимальный габаритный диаметр определяем по уравнению:
(0,5)
Dmin = 2·(Fmax) / (Vmax · Pi)
Dmin = минимальный диаметр круглого фильтра с песочным слоем
Fmax = предпочтительная для применения максимальная скорость течения (мл/мин)
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу.
Pi = 3,14
Пример: необходимая для применения максимальная скорость течения составляет 1000 мл/мин. Определить минимальный габаритный диаметр слоя круглого фильтра.
3
(0,5)
Решение: Dmin = 2·(1000 см/мин)/(1 см/мин·3,14)=35,7 см.
Для квадратного песочного слоя минимальную длину стенки определяем по уравнению:
(0,5)
Smin = (F max / V max)
Smin = минимальная длина стенки квадратного фильтра с песочным слоем.
Пример: необходимая для применения максимальная скорость течения составляет 1000 мл/мин. Определить минимальную длину стенки слоя квадратного фильтра.
3
(0,5)
Решение: Smin = (1000 см/мин/1 см/ мин) = 31,6 см.
Альтернативно, для данного габаритного сечения может быть подсчитана максимальная рекомендуемая скорость течения.
Fmax = V max· A
Fmax = максимальная рекомендуемая скорость течения по данному устройству
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу
А = габаритное сечение фильтра данного устройства.
Пример: габаритное сечение данного фильтрующего слоя составляет 1000 см^12. Определить максимальную рекомендуемую скорость течения в устройстве.
2
3
.
Решение: Fmax = 1 см/мин·1000 см= 1000 см
На фиг.24 представлена процедура обработки песочного слоя. Для обработки песка извлекают и откладывают в сторону сетчатый водяной фильтр (2400). Поднимают и удаляют из наружной емкости (1704) внутреннюю емкость (1702). В данный момент внутренняя емкость содержит песок (1708). Песок из внутренней емкости выходит (вместе с любой оставшейся водой) в чистую емкость (2402). Свежую, очищенную воду добавляют в промывочную емкость. Воду и песок перемешивают или, иначе, взбалтывают, чтобы гарантировать всем частицам песка взаимодействие со свежей водой (2406). Дают песку возможность осесть на дно промывочной емкости. Смесь воды и мелкодисперсных частиц сцеживают из емкости. Данная процедура может быть повторена много раз, пока отцеживаемая вода не станет визуально свободна от мелкодисперсных частиц. Из нижней части внутренней емкости извлекают и выбрасывают нетканый фильтрующий материал (2404). В нижней части внутренней емкости размещают новый нетканый фильтрующий материал. Возвращают во внутреннюю емкость очищенный песок. Внутреннюю емкость устанавливают обратно в наружную емкость. Во внутренней емкости размещают сетчатый водяной фильтр. Далее устройство готово для ввода и фильтрации воды.
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет загрязняющие вещества из воды до ее обработки на ступени флокуляции и коагулирования. Оно может быть применено также отдельно или в сочетании с последующей обработкой хлорированием и, по желанию, дехлорированием очищенной воды. Более того, все три данные ступени могут быть, по желанию, применены последовательно, как показано на фиг.22.
В. Прессованный блочный фильтр
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет загрязняющие вещества из воды введением прессованного блочного фильтра для удаления из воды твердых частиц, дезактивации микроорганизмов и дополнительных твердых частиц и биологического материала. Кроме того, прессованный блочный фильтр упрощает обработку и замену прессованного блочного фильтра в устройстве.
В другом варианте осуществления, на фиг.19, представлено мини-биопесочное система обработки воды, включающая прессованный блочный биопесочный фильтр. Устройство включает емкость (1902), которая может включать защелку на крышке (1900). Для обеспечения простого доступа в интерьер емкости во время процедур обслуживания, часть крышки емкости может быть, по желанию, шарнирной. Для допуска воды по шлангу, трубе или любого другого способа подачи воды в устройство водовходная труба (1912) расположена вверху или около крышки емкости. Для облегчения транспортировки и содержания емкость снабжена несущей ручкой (1904).
Внутри и/или близко к нижней части емкости находится прессованный блочный фильтр (1906). Прессованный блочный фильтр выполнен из фильтрующего материала, например, песка или активированного угля и полимерного связующего вещества. Связующим веществом может быть полиэтилен со сверхвысоким молекулярным весом. Связующее вещество удерживает блок в форме, но не полностью закрывает поверхность внутренней твердой фазы. В устройстве могут функционировать совместно или в отдельности песок и активированный угольный материал. После прохождения через прессованный блочный фильтр вода течет по водопроводу (1908) к расположенному сбоку емкости крану (1910). Уровень крана расположен над верхней частью прессованного блочного фильтра. Внутри емкости может быть применен один или множество прессованных блочных фильтров. На фиг.20А показана конструкция (2000), в которой применен только один фильтр (2002) с простым водопроводом (2004). Фиг.20В представляет конструкцию (2006), в которой два фильтра установлены параллельно с водопроводной трубой (2010), которая несет выходящую из каждого фильтра воду в одно место (2012) для выдачи из крана. Аналогично в устройство, с помощью трубных тройников, могут быть введены дополнительные фильтры.
Прессованный блочный фильтр может быть выполнен с песком в качестве основного фильтрующего материала. Однако он может быть выполнен из диатомита, перлита, активированного угля, других неорганических материалов и смесей из них. Данный вариант осуществления прессованного блочного фильтра включает коммерчески доступный песок. Зерна песка совместно скреплены в блок полиэтиленом с высокомолекулярным или сверхвысокомолекулярным весом. В данном варианте осуществления блочный композит состоит по весу на 80-90% из песка и на 10-20% из связующего вещества. Данные варианты осуществления песочного блока имеют длину от 16 до 25 см, наружный диаметр от 8 до 14 см и внутренний диаметр от 3 до 9 см.
В одном варианте осуществления композит песочного блока состоит по весу на 88% из песка и на 12% из связующего вещества. Размеры блока равны: длина 22 см, наружный диаметр 10,7 см и внутренний диаметр 5,6 см.
Биопесочный блочный фильтр (2100) по данному изобретению изготовлен с применением обычной технологии производства и аппаратуры. В общем, связующее вещество (в виде порошка) и песок равномерно перемешивают, чтобы связующее вещество равномерно распределилось по песку. В некоторых вариантах связующее вещество находится примерно между 10 и 20%, а в одном конкретном варианте осуществления около 12% по весу от общего веса песка и связующего вещества. Смешанные песок и связующее вещество подают в цилиндрическую форму (не показано), имеющую выступающий вверх установочный штырь. Далее форму и ее компоненты нагревают примерно от 190 до примерно 235°С и, более предпочтительно, примерно 204°С. Одновременно смешанный со связующим веществом песок подвергают сжатию с усилием примерно от 100 до 600 фунтов, и предпочтительно, примерно 300 фунтов, обычным нагнетательным поршнем (не показано), который входит вниз в форму и который включает центральное отверстие с зазором под центральный стержень. Затем смешанному со связующим веществом песку дают остыть и завершенную структуру удаляют из формы в виде конечного песочного стакана (2102). Далее, при необходимости, песочный стакан (2102) подгоняют по длине.
Верхняя торцевая крышка (2104) и нижняя торцевая крышка (2106) могут быть изготовлены отдельно, например, обычным литьем под давлением, а затем скреплены с песочным стаканом (2102) цементом, адгезивом или иным способом. По возможности, в процессе литья верхней торцевой крышки, с целью обеспечения резьбового элемента для соединения биопесочного блочного фильтра (2100) с соответствующей трубой или трубной фурнитурой (2108), может быть применена резьбовая вставка. Альтернативно верхняя торцевая крышка может быть отлита с цилиндрическим выступом и канавками под уплотнительные кольца, с целью герметизации при введении выступа в соответствующую трубу или трубную фурнитуру (2108).
Принципиальная схема одного варианта осуществления работы прессованного блочного фильтра показана на фиг.25. По фиг.26 вода может быть, по возможности, предварительно обработана перед входом в устройство биопесочной обработки воды. При поступлении в устройство биопесочной обработки вода сначала проходит через входную трубу или воронку (2600) и собирается в емкости до уровня воды (2602). Высота воды над фильтрующим блоком создает гидростатическое давление на поверхность прессованного блочного фильтра (2608) и заставляет воду протекать через фильтрующий материал. Далее вода (2606) проходит радиально фильтрующий блок и собирается в полой центральной сердцевине блока (2608). Фильтрующий блок задерживает твердые частицы и микробы. Постоянно живущие в наружном слое блока микробы стремятся уничтожить природный органический материал и другие микробы. В результате, в просочившейся воде имеет место снижение природного органического материала и микробов. Далее вода по трубам проходит к крану (2610) на боковой стороне емкости. Относительная высота наружного крана к высоте фильтрующего блока и высоте полной воды емкости определяет количество и время прохождения воды через устройство (2612). Высота воды (2604) при полной емкости определяет начальное давление воды на биопесочный фильтр. При более высоком водяном давлении вода способна пройти быстрее через устройство. Высота наружного крана (2612) над верхней частью фильтрующего блока определяет точку, в которой вода будет прекращать течение по устройству и гарантировать, что фильтрующий блок останется мокрым. На фиг.27 показана другая конструкция устройства биопесочной обработки воды. Вода (2706 и 2708) проходит через фильтрующий блок (2700) радиально. По желанию, на поверхности фильтрующего блока может быть наружное скопление и/или слой (2714) вспененного материала для удаления из воды твердых частиц перед тем, как вода войдет в фильтрующий блок. Торцевые крышки (2702) содействуют течению воды через фильтрующий блок. Вода собирается в полой центральной сердцевине блока (2710) и течет по наружной трубе (2704) к выходному крану устройства (2712).
Используя данную Манцом рекомендуемую максимальную скорость в габаритном сечении, можно провести расчеты определения минимального габаритного сечения цилиндрического прессованного блочного фильтра. Дополнительно могут быть подсчитаны данная предпочтительная максимальная скорость течения и длина фильтра, минимальный диаметр прессованного блочного фильтра. Дополнительно могут быть подсчитаны данная предпочтительная максимальная скорость течения и диаметр фильтра, минимальная длина прессованного блочного фильтра.
Все последующие уравнения получены из основного уравнения:
F = V·A
F = скорость течения
V = скорость в габаритном сечении фильтра
А = габаритное сечение фильтраэ
Для любой предпочтительной максимальной скорости течения минимальное габаритное сечение прессованного блочного фильтра может быть подсчитано по уравнению:
2
Amin = минимальное габаритное сечение прессованного блочного фильтра (см) Amin=Fmax / Vmax
Fmax = максимальная скорость течения, предпочтительная для применения (мл/мин)
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу.
Пример: необходимая для применения максимальная скорость течения составляет 1000 мл/мин. Определить минимальное габаритное сечение фильтрующего блока.
3
2
Решение: Amin = (1000 см/мин) / (1 см/мин) = 1000 см
Для данной длины прессованного блока минимальный его диаметр определяем по уравнению:
Dmin = Fmax / (L · Vmax · Pi)
Dmin = минимальный диаметр прессованного блочного фильтра (см)
Fmax = предпочтительная для применения скорость течения (мл/мин)
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу
L = длина прессованного блочного фильтра (см) Pi = 3,14.
Пример: необходимая для применения максимальная скорость течения составляет 1000 мл/мин. Длина блока равна 20 см. Определить минимальный диаметр фильтрующего блока.
3
Решение: Dmin = (1000 см/мин) / (20 см · 1 см/мин · 3,14) = 15,9 см.
Для данного диаметра прессованного блока минимальную длину блока определяем по уравнению:
Lmin = Fmax / (D · Vmax · Pi)
Lmin = минимальная длина прессованного блочного фильтра (см)
Fmax = предпочтительная для применения максимальная скорость течения (мл/мин)
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу
D = диаметр прессованного блочного фильтра (см)
Pi = 3,14.
Пример: необходимая для применения максимальная скорость течения составляет 1000 мл/мин. Диаметр блока равен 15 см. Определить минимальную длину фильтрующего блока.
3
Решение: Lmin=(1000 см/мин) / (15 см · 1 см/мин · 3,14) = 21,2 см.
Альтернативно, для данного сечения прессованного фильтра может быть посчитана максимальная рекомендуемая скорость течения.
Fmax = Vmax · A
Fmax = максимальная рекомендуемая скорость течения по данному устройству
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу
А = фильтрующее габаритное сечение данного устройства.
2
Пример: габаритное сечение данного фильтрующего блока составляет 1000 см. Определить максимальную рекомендуемую скорость течения по устройству.
2
3
Решение: Fmax = 1 см/мин · 1000 см = 1000 см/мин.
Альтернативно, для устройств с многочисленными, равноразмерными прессованными блоками, стекающими параллельно, может быть подсчитана максимальная рекомендуемая скорость течения.
Fmax = Vmax · А · n
Fmax = максимальная рекомендуемая скорость течения по данному устройству
Vmax = максимальная рекомендуемая скорость в габаритном сечении (1 см/мин), по Манцу
А = габаритное сечение каждого прессованного блочного фильтра
n = число прессованных блочных фильтров, стекающих параллельно.
2
Пример: устройство содержит два прессованных блочных фильтра, стекающих параллельно. Габаритное сечение каждого фильтрующего блока составляет 1000 см. Определить максимальную рекомендуемую скорость течения по устройству.
2
3
Решение: Fmax = 1 см/мин · 1000 см · 2 = 2000 см/мин.
Для обработки фильтрующего блока либо открывают, либо удаляют крышку в верхней части емкости. Фильтрующий блок отсоединяют от трубопровода и удаляют из емкости. В данный момент фильтрующий блок может быть утилизирован и заменен на новый фильтрующий блок. Альтернативно фильтрующий блок может быть частично восстановлен прокачиванием через него воды в направлении, обратном обычному течению, как показано на фиг.28. Вода подается в отверстие (2804) в торцевой крышке (2802) и вытекает радиально наружу через радиальный фильтрующий блок (2800). Данное обратное прокачивание может быть осуществлено электронасосом и шлангом, или ручным насосом и шлангом. По желанию, для удаления дополнительных твердых частиц наружное скопление и/или слой (2714) вспененного материала может быть очищен щеткой или промыт.
На фиг.29 представлен альтернативный вариант осуществления устройства мини-биопесочной обработки воды. Устройство мини-биопесочной обработки воды включает прессованный блочный фильтр (2900) диаметром, большим его длины. Вода течет через торцевую крышку (2902) и выходную трубу (2902) к крану.
VII. Флокуляция + усовершенствованный фильтр +
хлорирование/дехлорирование
Согласно обоим вышеотмеченным вариантам осуществления устройство мини-биопесочной обработки воды удаляет загрязняющие вещества из воды последовательной обработкой ее процессами флокуляции, мини-биопесочной фильтрации и хлорирования/дехлорирования.
Согласно одному варианту осуществления система обработки воды с гравитационной подачей (POU) удаляет загрязняющие вещества из воды добавлением процесса биопесочной фильтрации и процессов хлорирования/дехлорирования, с целью оказания помощи пользователям по удалению из воды твердых частиц и дезактивации микробов.
Как раскрыто выше, в аграрных и экономически неразвитых районах вода может быть набрана в контейнер или резервуар из водного источника, например озера, реки или родника. В некоторых случаях данная вода может быть чрезвычайно мутная из-за высокой концентрации твердых частиц. В таких случаях было бы полезно до выхода или закачивания в устройство биопесчаной обработки очистить воду обработкой флокуляцией, коагулированием и осаждением. Обработка флокуляцией удалит из воды большое количество твердых частиц, продлевая, тем самым, срок службы песочного слоя и бумажных фильтров, или прессованного блочного фильтра в устройстве биопесочной обработки воды. После пропуска воды через устройство мини-биопесочной обработки ее выпускают или закачивают для обработки хлорированием/дехлорированием. В одном варианте осуществления данный процесс дезинфицирует дополнительные микробы в воде, обеспечивая в общей последовательности фильтрационных мер полное уничтожение свыше 99,99% микробов. После выполнения процесса хлорирования/дехлорирования вода готова к употреблению.
VIII. Сифон
На фиг.30 вариант осуществления устройства обработки воды представлен со ступенью флокуляции до биопесочной фильтрации. В устройство наливают воду и флоккулянт (3000). Воду некоторое время выдерживают в резервуаре (3002) флокуляции. В данный период твердые частицы (3004) коагулируют и осаждаются на дне резервуара. По завершении процесса флокуляции воду из емкости выдает выходная труба (3006). Уровень трубы может быть установлен над уровнем частиц, которые разместились на дне резервуара. Клапан (3008) одностороннего действия в верхней части водовыпускного патрубка допускает выход воздуха. Когда емкость заполнена до или выше уровня крана, тогда водовыпускная труба, кран и нижняя труба образуют сифон, после чего воздух высвобождается через клапан (3008) одностороннего действия. Вода вытекает через выходной кран (3010) и течет по нижней трубе в следующую ступень устройства (3012) обработки воды. В данном варианте осуществления следующей ступенью устройства обработки воды является описанная выше биопесочная ступень.
При выполнении процесса флокуляции одним параметром является дозирование в воде флоккулирующего химреагента. Для оказания помощи пользователю в проведении правильного дозирования применена стандартного размера емкость и пользователю предписано заранее заданное количество флокулирующего химреагента для добавления в воду. При неверном уровне воды может произойти непозволительное дозирование флокулирующего химреагента.
С целью оказания содействия пользователю в осуществлении полного наполнения емкости флокуляции введено сифонное устройство. При вводе воды в емкость ее уровень будет также подниматься в трубу через отверстие (3102). Когда уровень (3100) воды в емкости достигнет уровня крана (3106) или будет выше него, то воздух будет удален через клапан (3104) одностороннего действия. После удаления данного воздуха и открытия крана (3106) вода будет вытекать и выпускаться вниз по трубе (3108). Вода будет течь до тех пор, пока не достигнет либо уровня входной трубы (3102), либо уровня выходной трубы (3110).
На фиг.32 представлен альтернативный вариант осуществления сифонного устройства. Два отличия от фиг.31 сифонного устройства состоят в том, что выходная труба (3108) расположена внутри емкости и что кран (3106) расположен на нижнем конце выходной трубы. Данный вариант осуществления имеет меньше компонентов снаружи емкости.
На фиг.33 показан другой вариант осуществления сифонного устройства. Данный вариант осуществления включает диффузор (3300) на входе сифонного устройства. Диффузор снижает скорость входящей в сифонное устройство воды, снижая, тем самым, вероятность поднятия и отсасывания твердых частиц (3302), которые опустились на дно емкости. Несмотря на то, что диффузор показан применительно к варианту осуществления фиг.33, он может быть применен в сочетании с другими вариантами осуществления сифонного устройства, например вариантом осуществления, показанным на фиг.31 и 32. Конструкция диффузора может быть простой, в виде трубы, соединенной коленчатым патрубком с входом сифонного устройства. Труба может иметь щели или отверстия. Совокупность всех щелей или отверстий представляет собой большую площадь входной поверхности для пропуска воды. Это приводит к снижению скорости воды в каждом данном входном отверстии.
IX. Хлоратор
На фиг.34 представлен вариант осуществления хлоратора в устройстве мини-биопесочной обработки воды. Несмотря на то, что хлоратор показан и описан применительно к устройству мини-биопесочной обработки воды (3400), он может быть применен с другими устройствами обработки воды. Вода поступает в устройство мини-биопесочной обработки воды (3400) и входит в хлоратор.
На фиг.35 показаны компоненты и признаки одного варианта осуществления хлоратора. Устройство хлоратора включает входную трубу (3500 устройства хлоратора, расходный контейнер (3502), хлорирующую капсулу (3504) (иногда называемую хлорирующим "картриджем"), таблетку хлора (3506), колпачок (3508) хлорирующей капсулы, выходную трубу (3510) хлоратора, перепускной канал (3512), щели (3514) сбоку хлорирующей капсулы, выходное отверстие (3516) в колпачке хлорирующей капсулы и держатель (3518) таблетки. Поскольку устройство хлоратора установлено снаружи емкости, а не плавающим или закрепленным внутри емкости, то пользователь может иметь доступ к хлоратору без нарушения устройства обработки воды или контакта с загрязненной водой. Дополнительно участки устройства хлоратора могут быть просматриваемыми, что позволяет пользователю видеть величину оставшейся таблетки хлора без вскрытия или доступа к устройству хлоратора.
На фиг.36 раскрыт один вариант осуществления течения воды в представленном на фиг.35 устройстве хлоратора. Вода поступает по трубе (3600) входного потока. Вода выпускается каскадом вниз по верхней части (3602) и бокам хлорирующей капсулы. Часть общего водного потока по щелям (3604) в боковой стенке поступает в хлорирующую капсулу. Входящая по щелям часть регулируется размером и формой щелей. Размер щели может быть отрегулирован, на основе потребностей дозирования хлора, при изготовлении. Обычно щели большего размера и с более скругленными краями позволяют попасть внутрь хлорирующей капсулы большему количеству воды. Обычно щели меньшего размера с острыми краями позволяют попасть в капсулу меньшему количеству воды. Часть (3606) общего водного потока обходит хлорирующую капсулу. Эта часть воды течет в выходную трубу по отверстиям или желобкам, которые позволяют ей течь за пределами хлорирующей капсулы. Течение воды внутри хлорирующей капсулы захватывает растворенный хлор из таблетки хлора (3608). Данная вода вытекает через отверстие в колпачке хлорирующей капсулы. Размер отверстия регулирует скорость течения. Хлорированная вода и перепускная вода рекомбинируются в трубе выходного потока и полностью смешиваются в контейнере, который собирает воду (3610). Держатель (3518) таблетки включает разнесенные поддерживающие элементы, которые удерживают таблетку хлора, позволяя в то же время воде течь за ее пределами. Таким образом, держатель таблетки управляет воздействием на таблетку (3506) хлора воды. По желанию, таблетка хлора может быть расположена на высоте выше, ниже щелей на боковой стенке хлорирующей капсулы или выровнена с ними, что может изменять взаимодействие между водой и таблеткой хлора. Дополнительно, по желанию, для изменения взаимодействия между водой и таблеткой хлора, положение, ориентация и число щелей на боковой стенке хлорирующей капсулы могут быть изменены. Держатель таблетки также позиционирует таблетку по высоте, чтобы пользователь мог видеть таблетку хлора через прозрачное окно и определять, когда ее заменять. По желанию, с целью обеспечения видимости таблетки хлора часть или вся хлорирующая капсула может быть прозрачной.
Фиг.37 представляет один вариант осуществления процесса замены хлорирующей капсулы. Расходный контейнер (3502) перемещают по входной трубе (3500) хлоратора. Из выходной трубы (3510) удаляют израсходованную хлорирующую капсулу (3700). В выходную трубу (3510) устанавливают новую хлорирующую капсулу (3700). Расходный контейнер (3502) опускают на место, закрывая хлорирующую капсулу.
X. Ручной насос
Некоторые устройства обработки воды с гравитационной подачей являются большими, тяжелыми и сравнительно иммобильными. Многие устройства обработки воды с гравитационной подачей усиливают, чтобы обеспечить компромисс между скоростью течения и производительностью. Т.е., для повышения скорости течения иногда приносят в жертву производительность фильтрации, или наоборот. Предпочтительным является устройство, которое работает без водопровода под избыточным давлением и без электропитания, но предлагает обработку воды, приближающуюся по фильтрации и эффективности скорости потока к устройству, применяющему водопровод под избыточным давлением и электропитание.
В одном варианте осуществления система обработки воды с насосом, для содействия течению воды, обеспечивает дезинфекцию, фильтрацию, химическую абсорбцию и высокие скорости течения без водопровода с избыточным давлением или электрической энергии. Фильтрация и химическая абсорбция могут быть выполнены пропусканием очищенной хлором воды через гофрированный фильтрующий материал и прессованный угольный блочный фильтр. В альтернативных вариантах осуществления дезинфекция, фильтрация и химическая абсорбция могут быть выполнены применением других химреагентов, фильтров или устройств. В данном варианте осуществления пользователь получает воду из водного устройства, применяя насос с ручным приводом, установленный на выходе устройства.
Полученная вода проходит через один или более фильтрующих материалов, которые удаляют из нее хлор и другие загрязняющие вещества.
На фиг.38 показано устройство, где в обработке воды принимает участие дезинфекция, фильтрация и химическая абсорбция. Данные процессы присутствуют при отсутствии электроэнергии или водопровода под избыточным давлением. Дополнительно данный вариант осуществления способен обеспечивать скорость выдачи 1 галлон/мин. Для осуществления возможности приема потока с высокими скоростями (например, при выходе из другой емкости) при наполнении резервуара хранения (3804) может быть обеспечена воронка (3800) с широким раструбом. Для растворения при наливании воды через воронку таблетка хлора может быть установлена в воронке, которая при этом дезинфицирует воду. Для достижения предпочтительного дозирования хлора в воде могут быть подобраны размеры отверстия и выхода воронки, размер и число таблеток хлора. Вода может храниться в резервуаре (3804) до тех пор, пока она не потребуется пользователю.
Во время хранения хлор может активно дезинфицировать воду. Поскольку размер резервуара и максимальная скорость выхода являются переменными, то разработчик или установщик устройства может регулировать обеспечение целесообразного коллоидного содержания воздействующего на воду хлора.
В одном варианте осуществления устройства с ручным насосом присутствует приводимый вручную поршневой насос, показанный на фиг.38. Несмотря на то что в данном варианте применен приводимый вручную плунжер, для активации водного потока могут быть применены разные виды насосов. В других вариантах осуществления используют другое устройство ручного насоса, так что устройство является работоспособным без доступа к электричеству или водопроводу с избыточным давлением.
При извлечении воды для потребления из резервуара, она сначала проходит через прессованный блок (3806) активированного угля. По желанию, для фильтрации больших твердых частиц и предотвращения закупоривания угольного блока над ним может быть установлен гофрированный фильтрующий материал. При некоторых обстоятельствах давление воды на выходе небольшого размера домашнего резервуара (около 5 галлонов) является недостаточным, чтобы заставить воду течь через фильтрующий блок. Поэтому в месте выхода фильтра может быть установлен управляемый вручную поршневой насос. При поднятой ручке (3814) поршневого насоса поршень (не показано) внутри корпуса (3812) создает отрицательный перепад избыточного давления по сравнению с давлением воды на входной стороне фильтрующего блока. Это заставляет воду течь через выход (3808) фильтра и подниматься в корпус (3812) насоса. При подъеме воды по корпусу насоса она проходит через резиновую дроссельную заслонку (3810). Также, когда новая вода всасывается в корпус (3812), она вытесняет находящуюся ранее в нем воду. Вытесненная вода выходит через водовыпуск (3816) в верхней части насоса. Диаметр и длина хода поршня являются переменными параметрами, регулируемыми разработчиком и установщиком устройства для достижения предпочтительной выдачи водного потока за ход. Например, при заданной продолжительности хода 2 сек и объеме поршня 126 мл может быть получена результирующая скорость потока 3780 м (около 1 галлона) /мин.
В некоторых устройствах обработки воды с гравитационной подачей, из-за недостатка глубины воды или по другим причинам, резервуары небольшого объема развивают очень малое давление на выходе. В варианте осуществления на фиг.38 устройство включает прессованный блочный угольный фильтрующий материал с гофрированным фильтром предварительной обработки. Угольный блок с гофрированным фильтром предварительной обработки может обеспечить, по существу, эквивалентную приводимому электричеством фильтру предварительной обработки фильтрацию. Некоторые устройства обработки с гравитационной подачей воды не развивают достаточного давления на выходе для пропуска воды через некоторые материалы угольных блочных фильтров. Однако установленное на выходной стороне фильтрующего материала устройство с ручным насосом обеспечивает содействие и позволяет достигнуть соответствующих скоростей течения. При активации насоса на выходе создается отрицательное давление, что, таким образом, приводит к результирующему перепаду давления на материале для форсирования течения воды.
В нижнюю часть резервуара (3804) хранения может быть включен сборный блок (3818) для поддержания угольного блочного фильтра, фильтра предварительной обработки и насоса. Сборный блок может также способствовать защите фильтра и насоса от повреждения при транспортировке.
Для дозирования входящей с хлором воды вместо воронки может быть использован трубчатый или другой, ограждающий выдачу хлора элемент. Например, в сочетании с устройством с ручным насосом могут быть применены любые элементы выдачи хлора, которые применяют для осуществления любого из обсужденных выше процессов хлорирования.
В одном варианте осуществления, вместо добавления хлора к воде, когда ее наливают через воронку (или другое соответствующее приспособление для введения хлора), жидкость, порошок, или одна, или более таблеток хлора могут быть вручную размешаны в воде в отдельной емкости, а затем влиты в безопасный контейнер хранения.
В случае, когда пользователь имеет доступ к водопроводной воде, для наполнения безопасного контейнера хранения может быть применен подключенный к водопроводному крану или отводному вентилю шланг. Применение безопасного контейнера хранения с дезинфекцией может быть предпочтительным в условиях, когда водопроводная вода загрязнена. Безопасный контейнер хранения может обеспечить доступную воду также в случаях, когда водоснабжение прервано или давление воды в водопроводной системе очень низкое.
Несмотря на то что предыдущий вариант осуществления рассмотрен в контексте хлора, могут быть применены другие дезинфицирующие химреагенты. Например, вместо хлора или в сочетании с ним может быть использован бром, йод или любой другой подходящий реагент. В некоторых устройствах нет необходимости в дезинфицирующем химикате.
Несмотря на то что данный вариант утилизирует прессованный угольный фильтр высокой эффективности, может быть применен фильтр меньшей эффективности. Например, в одном альтернативном варианте фильтр может быть применен только для удаления из воды привкуса хлора. В другом альтернативном варианте осуществления может быть применен более дешевый фильтр. Насос, описанный в связи с данным вариантом осуществления, является ручным насосом для велосипедных шин. В альтернативных вариантах осуществления, для управления насосом с помощью движения рычажного типа может быть добавлена рычажная тяга. В других вариантах осуществления для выдачи воды с соответствующей скоростью течения может быть утилизировано устройство насоса другого типа. Например, для перевода вращательного движения в переменное линейное перемещение, вместо режима прямолинейного перемещения при работе насоса, может быть применен поворотно-кривошипный узел. В другом альтернативном варианте осуществления, вместо поршневого насоса могут быть применены другие типы насосов, например, приводимый посредством кривошипа шланговый насос.
XI. Флокулирующая воронка
По фиг.39 и 40 система обработки воды может включать резервуар флокуляции или воронку (3900), которая объединена с мини-биопесочным фильтром. В данном варианте осуществления флоккулирующая воронка (3900) размещается на верхней части мини-биопесочного водяного фильтра (3902). Крышка (3904) флокулирующей воронки может заменять крышку мини-биопесочного фильтра.
После добавления в резервуар флокуляции флокулирующих химикатов их можно размешать черпаком (3906). Во время процесса флокуляции черпак (3906) может оставаться в резервуаре (3900) флокуляции, как вероятно лучше всего показано на фиг.41, при этом "ковшик" черпака находится в зоне отстойника (3908) резервуара (3900) флокуляции. При коагуляции твердых частиц в воде и опускании на дно резервуара их для осаждения направляют по наклонной стенке (3910) резервуара в зону отстойника (3908). В данном варианте осуществления, для гарантированного осаждения осадка в зоне отстойника (3908) принят минимальный угол 30° наклона стенки относительно горизонтали. В альтернативных вариантах осуществления угол наклона стенки может быть принят другим.
По завершении процесса коагулирования и осаждения черпак (3900) может быть наполнен частицами. Выходной вентиль (3912) находится над слоем осажденных в черпаке (3902) частиц. Таким образом, высота выходного вентиля (3912) будет определять объем осажденных частиц, попавших в зону отстойника (3908). По желанию, высоту выходного вентиля можно регулировать или можно ввести дополнительные выходные точки. Возможно, как лучше всего показано на фиг.41, для открытия и обеспечения возможности выхода воды над осадком в черпаке (3906) пользователь может воспользоваться рукояткой (3914) вентиля. В данном варианте осуществления вода, дренируемая по выходному вентилю (3902), течет непосредственно в мини-биопесочное фильтрующее устройство, которое, как описано выше, продолжает работать по дальнейшей фильтрации и обработке воды. Конструкция выходного вентиля выполнена так, что течение воды поддерживается с достаточно медленной скоростью, чтобы не нарушить осадок в зоне черпака/отстойника. В альтернативных вариантах осуществления выходной вентиль может направлять поток в другое фильтрующее устройство или в контейнер хранения. По фиг.42 черпак может быть удален из отстойника, с целью освобождения от собранного осадка, или для смешивания флокулирующего химиката с неочищенной водой.
Конструкция выхода резервуара, в частности, почти вертикальная стенка (3916), окружающая окно выходного вентиля, выполнена с возможностью минимизации отложений флокуляции, образуемых в процессе коагуляции. Боковые стенки конструкции выхода размещены и наклонены с возможностью отвода флокуляционного перемещения далеко от входного окна выходного вентиля, поскольку оно аккумулируется в отстойнике, который обслуживают черпаком.
Более подробно выходной клапанный узел (3918) представлен на фиг.43. В данном варианте осуществления выходной клапанный узел (3918) включает корпус (3930) клапана, опорное основание (3926), установочный винт (3928), держатель (3914) клапана, тяговый шток (3920) клапана, стопор (3922) клапана, пружину (3924) клапана и заглушку (3932) корпуса клапана. Тяговый шток клапана имеет резьбовые и регулировочные гайки для тонкой настройки длины. При активации держателя (3914) стопор (3922) клапана открывает выходной клапан и течение воды. Пружина (3924) клапана осуществляет возврат клапана стопора в исходное положение. В альтернативных вариантах осуществления могут быть реализованы другие исполнения выходных клапанных узлов с применением дополнительных, отличных или меньшего количества компонентов.
XII. Конструкции из вспененного материала
Устройства биопесочной фильтрации могут снижать микробиологические концентрации в воде пропусканием ее через биологический слой, выполненный на поверхности слоя из песка и гравия. Данные устройства могут использовать большие количества песка и гравия для фильтрации воды, делая их тяжелыми, трудными для обработки, транспортирования и содержания. Например, может быть затруднительной доставка больших объемов песка, а в некоторых местностях может быть сложно достать на месте песок.
В одной конструкции некоторая часть или весь песок может быть заменен одним, или более фильтрующих элементов из вспененного материала. Вспененный материал легче, проще в изготовлении и транспортировке из централизованной базы. Процесс установки может быть также проще и выполнен непрофессиональными пользователями.
Биологический слой создается сверху вспененного материала и приводит к значительному снижению концентрации твердых частиц в выпускаемой воде.
Плотность пор вспененного материала в данном варианте осуществления составляет около 100 пор/дюйм. В альтернативных вариантах осуществления плотность пор может быть отрегулирована в зависимости от назначения. Для наполнения контейнерного объема может быть применено множество слоев вспененного материала. Для регулирования скорости течения и скорости в габаритном сечении на водовыпускной трубе или шланге может быть установлена ограничительная диафрагма. Полиуретановая пена остается устойчивой в течение многих лет и не будет уничтожена микробами. Кроме того, она пригодна по химическим составам, которые допускаются NSF для контакта с водой.
Примерное фильтрующее устройство, включающее фильтр из вспененного материала, представлено на фиг.44 и 46. Фильтрующее устройство включает резервуар (4404), крышку (4400), диффузионный слой (4406), биологический слой (4408) и полиуретановый материал (4410). В данном варианте осуществления, для простоты укладки в штабель и подгонки в резервуаре конусной формы полиуретановый вспененный материал разрезан на блоки. Альтернативно может быть применен единый конусный блок из вспененного материала. Несмотря на то, что в представленном варианте осуществления применены блоки, в зависимости от назначения или взаимосвязей с резервуаром, могут быть использованы другие формы и размеры вспененного материала. Неочищенная вода наливается в верхнюю часть резервуара (4402) и выходит из резервуара через выходную трубу (4412) в контейнер (4414) хранения очищенной воды.
В альтернативном варианте осуществления, представленном на фиг.45, для содействия лучшему формированию биологического слоя сверху штабеля из вспененного материала может быть добавлен тонкий слой (4500) песка. Несмотря на то что на фиг.44 и 45 представлено множество слоев из вспененного материала, в альтернативных вариантах осуществления может быть применен единичный тонкий слой из вспененного материала, который снизит общий вес устройства.
В другом альтернативном варианте осуществления, для образования фильтрующего элемента с радиальным течением лист вспененного материала может быть скатан в цилиндр и запечатан. Фильтрующий блок с радиальным течением представлен на фиг.19 и 20А-20В, и был описан ранее. Как описано выше, фильтрующие блоки выполнены из песка или активированного угля и удерживаются вместе посредством связующего вещества из полиэтилена с ультравысоким молекулярным весом. В данном варианте осуществления радиальные фильтрующие блоки могут быть выполнены из листа вспененного материала, скатанного в цилиндр и запечатанного по концам. Для пропорционального увеличения устройства под любой размер с помощью тройниковых сочленений или любого другого соединяющего фильтры устройства могут быть введены дополнительные фильтрующие блоки.
На фиг.47 представлена примерная конструкция фильтрующего блока из вспененного материала с радиальным течением. В одном варианте осуществления способ включает этапы: 1) скатывание листа вспененного материала в цилиндр (4700); 2) склеивание вдоль шва (4702); 3) приклеивание закрывающего торцевого колпачка (4704) на одном конце цилиндра; и 40 склеивание открытого торца посредством соединительной детали (4706) с другим концом цилиндра из вспененного материала. В альтернативных вариантах осуществления могут быть применены другие способы выполнения фильтрующего блока из вспененного материала, включающие дополнительные, или в меньшем количестве, компоненты и дополнительные, или в меньшем объеме, этапы.
Для обеспечения возможности упрощенной обработки и снижения закупоривания пор вспененного материала могут быть применены любые материалы предварительной фильтрации, чтобы закрыть поверхность любой формы концевого течения или радиального течения.
В альтернативных вариантах осуществления описанный выше полимерный вспененный материал могут заменить другие вспененные или пористые материалы или конструкции. Например, могут быть применены стеклянные, металлические или другие матрицы, выполненные с наплавлением небольших изолирующих наплывов субстанции. Один примерный вариант осуществления включает пористый спеченный полиэтилен, который может также работать в качестве опоры биоформации.
Приведенное выше описание представляет собой существующие варианты осуществления изобретения. Без отступления от существа и расширенных объектов изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения, могут быть внесены изменения и дополнения, которые должны интерпретироваться в соответствии с принципами патентного законодательства, включая доктрину эквивалентов. Любая ссылка на элементы, например, в понимании "единственный", с использованием артиклей "a", "an" или "said", не должна истолковываться в качестве ограничивающего элемент единственным числом.