СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
METHOD FOR INTEGRATED TREATMENT OF DRINKING WATER AND APPARATUS FOR INTEGRATED TREATMENT OF DRINKING WATER

Изобретение относится к способам и устройствам для комплексной очистки природной воды с получением питьевой воды с улучшенными биологическими и физическими свойствами, может применяться в системах очистки хозяйственно-бытовых сточных для получения питьевой воды, а также использоваться в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других областях.
Известна установка для очистки питьевой воды, содержащая полый корпус с подводящим патрубком в нижней части, крышку, отводящий патрубок и расположенный в полости корпуса очищающий комплекс, при этом корпус выполнен в виде колонны с опорами, нижний торец которой установлен на комбинированном основании и соединен с ним муфтой, а подводящий патрубок снабжен магнитной вставкой и последовательно соединен с редуктором воды (см. патент на изобретение RU №2183980, В01D 24/16, опубл. в 2002 г.). Известная установка может быть использована в бытовых и производственных условиях для очистки питьевой воды от присутствия взвесей, химических элементов и их соединений, вредных для организма человека. Однако ее достаточно простая конструкция не обеспечивает комплексную эффективную очистку воды с полным умягчением и обеззараживанием.
Известно устройство магнитной очистки и обработки воды, включающее цилиндрический корпус, магнитную систему из постоянных магнитов, при этом магнитная система состоит из двух идентичных подсистем, расположенных в цилиндрическом корпусе одноименными полюсами друг к другу и состоящих из двух постоянных магнитов кольцевой формы, обращенных друг к другу разноименными полюсами, а корпус имеет поперечный по отношению к его продольной оси паз, в котором между одноименными полюсами двух магнитных подсистем расположен трубопровод (см. патент на изобретение RU №2333895, С02F 1/48, опубл. в 2008 г.). Это компактное устройство эффективно используется в системах водоподготовки, но предполагает использование дополнительных средств обработки воды для улучшения ее свойств.
Известны способ получения структурированной природной питьевой воды, включающий насыщение воды кислородом и ее ультрафиолетовую обработку, и устройство для получения структурированной природной питьевой воды, включающее фильтр в виде стакана с перфорацией, элементы подачи газообразного кислорода и источники ультрафиолетового излучения (см. патент RU на изобретение №2366612, С02F 1/32, опубл. в 2009 г.). Это простое компактное техническое решение дает возможность максимально упростить средство для очистки питьевой воды. Но оно не может обеспечить длительную качественную очистку с регенерацией фильтрующих поверхностей.
Известны способ получения очищенной биологически активной целебной питьевой воды, предусматривающий воздействие на поток воды магнитным полем с последующим пропусканием потока воды через канал переменного сечения, имеющего пропорции "золотого", с изменением направления силовых линий магнитного поля и сечения канала по ходу потока, и установка для получения очищенной биологически активной целебной питьевой воды, содержащая трубчатый корпус, имеющий последовательно расположенные участок с постоянными магнитами, разноименные полюса которых расположены диаметрально противоположно друг другу, и участок переменного сечения с конусообразным расширением, последовательным чередованием полюсности пар и конусообразным сужением (см. патент RU на изобретение №2098358, С02F 1/48, опубл. в 1997 г.). Эти способ и устройство позволяют частично улучшить качество питьевой воды за счет ее магнитной обработки, но недостаточная подготовленность воды к магнитной обработке снижает ее качество.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению являются способ подготовки питьевой воды, включающий предварительную механическую фильтрацию через предфильтр, магнитную обработку очищаемой воды, двухступенчатую обработку основной механической фильтрацией с осаждением частиц твердой фазы и окончательное каталитическое обеззараживание очищаемой воды, и установка для подготовки питьевой воды, содержащая корпус, имеющий подающий и отводящий патрубки, дренажную систему с верхними и нижними дренажами и размещенную в корпусе сыпучую загрузку в виде расположенных последовательно в корпусе фильтровальных секций, содержащих материал природного происхождения - кварцевый песок и антрацит, а также инертный полимерный материал, подающий патрубок которой с одной стороны подсоединен к корпусу снизу, а с другой стороны соединен гидравлической магистралью с первым клапаном, отводящий патрубок подсоединен к выпускному патрубку корпуса сверху через второй клапан и дросселирующее устройство, внутри корпуса размещены три перегородки с герметизацией их по всему периметру таким образом, что они вместе со стенкой корпуса образуют три расположенные последовательно снизу вверх камеры: двухступенчатую камеру механической фильтрации, камеру обеззараживания и камеру финишной обработки, которые заполнены фильтрующими загрузками, первая перегородка с рядом отверстий, выполненных с одной ее стороны у ее края, размещена горизонтально внутри корпуса у его дна с зазором, в нижней части корпуса параллельно первой перегородке размещена вторая перегородка с рядом отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия в первой перегородке, в средней части корпуса параллельно второй перегородке размещена третья перегородка с рядом отверстий у ее края со стороны, противоположной стороне, на которой размещены отверстия во второй перегородке, и выпускной патрубок корпуса, между первой и второй перегородками в двухступенчатой камере механической фильтрации размещены первая фильтровальная секция - слой классифицированного антрацита с каталитической добавкой, вторая фильтровальная секция - слой кварцевого песка и третья фильтровальная секция - пакет из волокнистого амфотерного полимерного материала, причем между фильтровальными секциями и между составляющими третьей фильтровальной секции размещены полипропиленовые сетки, между второй и третьей перегородками в камере обеззараживания размещены последовательно снизу вверх четвертая фильтровальная секция - слой смеси йодсодержащей смолы с активированным углем, а также пятая фильтровальная секция - пакет из углеграфитовых и амфотерных полимерных материалов, и магнитная камера, состоящая из набора постоянных магнитов, установленных так, чтобы силовые линии магнитного поля были направлены перпендикулярно направлению движения обрабатываемой воды (см. патент на изобретение RU №2297389, С02F 1/28, опубл. в 2007 г.). Известные способ и устройство более универсальны, чем предыдущие технические решения, но эффективность достигается за счет неоправданного усложнения устройства, что приводит к значительному удорожанию очищенной питьевой воды.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи улучшения способа очистки питьевой воды и упрощения установки, уменьшения энергозатрат на очистку воды при достижении безаварийного режима и повышении надежности ее работы.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе комплексной очистки питьевой воды, включающем насыщение поступающей воды кислородом методом аэрации, магнитную обработку и ультрафиолетовое облучение воды с последующей фильтрацией, перед магнитной обработкой воды осуществляют ее предварительную аэрацию, а магнитную обработку воды с активизацией процессов окисления примесей и объемной кристаллизации солей жесткости осуществляют в сильном переменном магнитном поле посредством транспортировки аэрированной воды через кольцевое пространство, образованное набором постоянных магнитов, расположенных с чередованием силовых линий разной полярности, при этом все процессы воздействия на воду многократно повторяют с рециркуляцией очищаемой воды. После предварительной аэрации отбирают небольшие порции воды, например, с помощью эрлифта, и осуществляют их дополнительную аэрацию во время транспортировки на магнитную обработку, при этом создают интенсивный барботаж в камере ультрафиолетового облучения посредством инжекции пузырьков сжатого воздуха в транспортируемую на ультрафиолетовое облучение воду.
А так же тем, что в установке для комплексной очистки питьевой воды, включающей емкость с аэрационной камерой, имеющей входной патрубок, придонные аэраторы и устройство для подачи воды на очистку, магнитную камеру, устройство ультрафиолетовой обработки воды, пассивный фильтр и накопитель очищенной воды, аэрационная камера связана с магнитной камерой посредством устройства для подачи воды, а устройство ультрафиолетовой обработки воды установлено последовательно за магнитной камерой и связано с пассивным фильтром. Устройство для подачи воды на очистку выполнено в виде эрлифта, причем форсунка подачи воздуха расположена в нижней зоне эрлифта, при этом эрлифт связан с магнитной камерой в своей верхней зоне. Магнитная камера связана с устройством ультрафиолетовой обработки воды посредством трубопровода, снабженного инжектором подачи сжатого воздуха. Пассивный фильтр выполнен с возможностью противоточной промывки, расположен в отдельной камере, связан с нею в своей нижней зоне, отделен перегородками от аэрационной камеры и от накопителя очищенной воды. Камера пассивного фильтра расположена над перегородкой, отделяющей аэрационную камеру и накопитель очищенной воды, при этом в камере пассивного фильтра расположены магнитная камера и устройство ультрафиолетовой обработки воды. Магнитная камера снабжена дисковыми магнитами, расположенными между магнитодиэлектрическими вставками с чередованием полярности, а канал для прохода воды в магнитной камере выполнен кольцевой формы для обтекания водой дисковых магнитов с наружной стороны. Аэрационная камера и накопитель очищенной воды выполнены в виде раздельных камер и связаны каналом перетока очищенной воды на рециркуляцию из накопителя очищенной воды в аэрационную камеру, при этом магнитная камера и устройство ультрафиолетовой обработки воды расположены в емкости с аэрационной камерой, а устройство для ультрафиолетовой обработки связано с накопителем очищенной воды посредством трубы-успокоителя, причем пассивный фильтр расположен за пределами емкостей.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображена высокопроизводительная установка для комплексной очистки питьевой воды. На фиг.2 - компактная установка для бытовой комплексной очистки питьевой воды. На фиг.3 - компактная двухъемкостная установка. На фиг.4 - магнитная камера.
Установки для комплексной очистки питьевой воды имеют разную производительность, отличаются габаритами и некоторыми конструктивными особенностями. Изображенная на фиг.1 высокопроизводительная установка для комплексной очистки питьевой воды включает емкость с аэрационной камерой 1, имеющей входной патрубок 2, оснащенной придонными аэраторами 3 и устройством для подачи воды на очистку. Патрубок 2 связан со средствами автоматической подачи воды (на рисунке не показано). Устройство для подачи аэрированной воды из камеры 1 на очистку может быть выполнено в виде эрлифта 4. Форсунка 5 подачи воздуха расположена в нижней зоне эрлифта 4. Эрлифт 4 связан с магнитной камерой 6 в верхней зоне. Магнитная камера 6 соединена с камерой устройства 7 ультрафиолетовой обработки воды посредством трубопровода 8 с инжектором 9 подачи сжатого воздуха. Устройство 7 включает лампы 10 ультрафиолетового излучения и снабжено трубопроводом 11 подачи воды к пассивному фильтру 12. Фильтр 12 механической очистки воды выполнен с возможностью противоточной промывки, расположен в камере 13, связан с нею в нижней зоне 14, отделен перегородкой 15 от аэрационной камеры 1 и перегородкой 16 от накопителя 17 очищенной воды. Накопитель 17 снабжен каналом 18 перетока очищенной воды на рециркуляцию в аэрационную камеру 1 и насосом 19 с трубопроводом 20 для отвода очищенной воды.
На фиг.4 показан вариант исполнения магнитной камеры 6, снабженной дисковыми магнитами 21, расположенными между магнитодиэлектрическими вставками 22 с чередованием полярности. Т.е. все дисковые магниты 21 обращены к друг другу одинаковыми полюсами. Канал 23 для прохода воды в камере 6 выполнен кольцевой формы для обтекания водой дисковых магнитов 21 с наружной стороны. Силовые линии магнитного поля магнитов 21 направлены перпендикулярно направлению движения обрабатываемой воды.
Изображенная на фиг.2 компактная установка для бытовой комплексной очистки питьевой воды имеет расположенную над перегородкой 14 камеру 13 с размещенными в ней магнитной камерой 6, устройством 7 ультрафиолетовой обработки воды и пассивным фильтром 12. Фильтр 12 может быть снабжен системой 24 удаления фильтрата и трубопроводом 25 для подачи воды в накопитель 17. Аэрационная камера 1 связана с магнитной камерой 6 посредством насоса 26 с трубопроводом 27.
На фиг.3 изображен вариант исполнения компактной установки в виде двух изолированных емкостей 28 и 29, связанных между собой каналом 18 перетока. Емкости 28 и 29 закрыты крышками 30. Емкость 28 вмещает аэрационную камеру 1 с придонными аэраторами 3, магнитную камеру 6 и устройство 7 ультрафиолетовой обработки воды. В емкости 28 расположен эрлифт 4 для подачи воды к магнитной камере 6. Эрлифт 4 имеет форсунку 5, расположенную в его нижней зоне и связанную с через распределитель 31 воздуха с компрессором 32. Трубопровод 8 подачи воды на ультрафиолетовую обработку снабжен инжектором 9 сжатого воздуха. Устройство 7 ультрафиолетовой обработки воды связано посредством трубопровода 11 с трубой-успокоителем 33, расположенным в емкости 29, представляющей собой накопитель 17 очищенной воды. Насос 34 связан с емкостью 29 посредством трубопровода 35 с обратным клапаном 36, снабжен гидробаком 37 с насосом и реле давления и предназначен для подачи очищенной воды к расположенному в системе водоснабжения потребителей независимо от емкостей 28 и 29 пассивному фильтру 12 механической очистки воды.
Установка для комплексной очистки питьевой воды работает следующим образом. Поскольку природная вода содержит ионы железа, хрома, цинка, алюминия, а также липучую мелкодисперсную взвесь коллоидного типа, возникает первоочередная необходимость в нейтрализации и удалении этих примесей. В аэрационной камере 1 вода насыщается кислородом при соприкосновении с очень маленькими пузырьками воздуха, выходящими из отверстий придонных аэраторов 3, а металлические примеси при этом окисляются. Например, двухвалентное железо окисляется до трехвалентного. Транспортировку небольших порций воды в магнитную камеру 6 осуществляют эрлифтом 4 с помощью сжатого воздуха, подаваемого форсункой 5 в эрлифт 4, при этом во время транспортировки воды происходит ее дальнейшая аэрация. Попадая в магнитную камеру 6, биполярные по природе диполи воды проходят мимо дисковых постоянных магнитов 21, периодически подвергаясь действию меняющегося магнитного поля, образованного чередующимися полюсами постоянных магнитов 21, что создает пульсирующий характер воздействия на воду. Растворенные соли, находящиеся в воде, частично переходят в нерастворимые фазы, а мелкодисперсная взвесь коагулируется, соли жесткости микроминерализуются и приобретают свойство объемной кристаллизации, начинается рост множественных микрокристаллов. В магнитном поле магнитной камеры 6 погибает значительное число болезнетворной биомассы, снижается вязкость воды, т.е. увеличивается ее проницаемость и повышается ее активность. При транспортировке воды после магнитной обработки на ультрафиолетовую обработку трубопроводом 8 осуществляют дополнительную инжекцию воздуха в воду посредством инжектора 9. Дальнейшая обработка воды в устройстве 7 ультрафиолетовой обработки воды позволяет окончательно ее обеззаразить, при этом небольшая часть молекул растворенного кислорода и кислорода пузырьков воздуха распадается до атомарного уровня и вступает в реакцию с неокисленными металлами, органическими загрязнениями, аммонийным азотом и другими соединениями, подвергающимися окислению. Обработанную воду подают к пассивному фильтру 12, который может иметь различную конструкцию и различную загрузку. Например, возможно наполнение фильтра 12 кварцевым песком. А использование активированного угля для загрузки фильтра 12 повышает его сорбирующие свойства. Для упрощения обслуживания фильтра 12 в качестве загрузки используют фильтры с противоточной очисткой фильтрующих элементов. Все твердые частички, находящиеся в воде, отфильтровываются фильтром 12, и в камеру 13 поступает очищенная вода. Из камеры 13 вода самотеком поступает в накопитель 17, откуда насосом 19 перекачивается к потребителю. Излишки воды самотеком через канал 18 перетока поступают в камеру 1. Это позволяет все время поддерживать питьевую воду в очищенном состоянии независимо от объемов потребления в течение суток, исключается ее застаивание, предотвращаются потери очищенной воды. При этом все процессы воздействия на воду многократно повторяются с рециркуляцией очищаемой воды, значительно повышается ее качество, полностью исключается наличие в воде вредных примесей.
Таким образом, в заявленной установке вода проходит четыре ступени очистки, умягчается, освобождается от солей, взвесей, химических элементов, вибрионов и болезнетворных бактерий, насыщается кислородом.
Экспериментальные исследования установки для комплексной очистки питьевой воды показали, что качество полученной в установке питьевой воды не изменяется в течение суток и не зависит от времени года и погодных условий.
Способ комплексной очистки питьевой воды, реализованный в заявленных установках, включает предварительное насыщение поступающей воды кислородом методом аэрации большого объема воды посредством придонных аэраторов 3, расположенных в аэрационной камере 1. В аэрационной камере 3 отбирают небольшие порции воды посредством эрлифта 4 или другого устройства для подачи воды на очистку и могут осуществлять ее с дополнительной аэрацией во время транспортировки воды на магнитную обработку. Магнитную обработку с активизацией процессов окисления примесей и объемной кристаллизацией солей жесткости осуществляют в переменном магнитном поле посредством транспортировки аэрированной воды через кольцевое пространство, образованное набором постоянных магнитов 21, расположенных с чередованием силовых линий разной полярности. После магнитной обработки воды осуществляют дополнительную инжекцию сжатого воздуха, обеспечивая интенсивный барботаж в камере устройства 7 ультрафиолетовой обработки воды.
Использование придонных аэраторов 3 в аэрационной камере 1 позволяет активировать воду кислородом с частичным окислением примесей тяжелых металлов. Магнитная обработка аэрированной в аэрационной камере 1 воды позволяет нейтрализовать соли жесткости, растворенные соли частично перевести в нерастворимое состояние, коагулировать и микроминерализовать взвесь для улучшения последующей фильтрации, придав солям жесткости свойство объемной кристаллизации. Насыщенная кислородом и обработанная в магнитном поле вода, попадая на ультрафиолетовое облучение в устройство 7, в процессе барботажа освобождается от болезнетворных микроорганизмов, при этом обеспечивается генерация небольшого количества атомарного кислорода и окончательное окисление вредных примесей. Питьевая вода, прошедшая стадии кислородной, магнитной обработки и ультрафиолетового облучения с барботажем, освобождается от примесей в пассивном фильтре 12 и представляет собой идеальную для потребителя жидкость, имеющую мягкий приятный вкус.
Заявленная установка для комплексной очистки питьевой воды обеспечивает упрощение конструкции при уменьшении расхода энергии на обработку воды и повышении надежности ее работы. Установка отличается простотой исполнения, экономичностью в работе и в обслуживании. Компактная установка для бытовой комплексной очистки питьевой воды полностью обеспечивает потребности в очищенной воде нескольких человек. И может быть использована в дачных, сельских и коттеджных вариантах. Высокопроизводительная установка для комплексной очистки питьевой воды предназначена для многоквартирных домов, производственных или офисных помещений.
Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в улучшении способа очистки питьевой воды и упрощении установки, уменьшении энергозатрат на очистку воды при достижении безаварийного режима и повышении надежности ее работы.