СПОСОБ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
METHOD OF REAGENT-FREE WATER FILTRATION AND DISINFECTION

0
Изобретение относится к области физики и может быть использовано для: безреагентной очистки воды от взвешенных (ВВ) веществ (минеральных и биологических) - путем физической (акустической) коагуляции разнодисперсных ВВ, а также путем принудительного (дополнительно к силе гравитации) осаждения исходных ВВ и ранее акустически коагулированных ВВ, а также для физического (акустического) обеззараживания воды - путем уничтожения болезнетворных бактерий (ББ) в ней - под воздействием пероксида водорода и радикалов ОН, образующихся при диссоциации молекул воды в кавитационных образованиях, в интересах подготовки качественной питье-вой воды, отобранной из поверхностных источников водоснабжения для повышения качества и продолжительности жизни населения; безреагентной очистки сточных вод от ВВ, тяжелых металлов (ТМ), солей и ББ - в интересах обеспечения экологической безопасности производства (например, при добыче алмазов и т.д.); безреагентной очистки оборотных вод - в интересах повышения эффективности производства (например, для уменьшения потерь алмазов при их обогащении и т.д.). Спп.11 Илл.
Известен способ безреагентной очистки воды, заключающийся в практически полной - более 95%, очистке от крупнодисперсных ВВ (КДВВ) -размером более 50 мкм и незначительной - менее 50%, очистке от среднедисперсных ВВ (СДВВ) - размером от 5 мкм до 50 мкм, в главном отстойнике; в полной - 100%, очистке от КДВВ, в практически полной очистке от СДВВ и незначительной очистке от тонкодисперсных ВВ (ТДВВ) - размером менее 5 мкм, в первом дополнительном отстойнике; в полной очистке от СДВВ и в практически полной очистке от ТДВВ во втором дополнительном отстойнике; в полной очистке от ТДВВ в специальном сооружении - в акустическом фильтре /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых //под ред. B.C. Ямщикова.- М.: Наука, 1987, с. 225-228/.
Основными недостатками данного способа являются:
1. Низкая производительность, из-за ограниченной площади специального сооружения - акустического фильтра.
2. Недостаточное качество очистки воды от ВВ.
3. Невозможность очистки воды от ББ - невозможность обеззараживания воды и т.д.
Известен способ безреагентной очистки и обеззараживания воды, заключающийся в практически полной очистке от КДВВ, незначительной очистке от СДВВ и минимальной - менее 5% очистке от ТДВВ, путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы, а также последовательного по частоте, формирования в главном отстойнике бегущих гидроакустических волн (БГАВ) звукового диапазона частот (ЗДЧ) - в диапазоне частот от 16 Гц до 16кГц и ультразвукового диапазона частот (УЗДЧ) - в диапазоне частот выше 16кГц; в полной очистке от КДВВ, практически полной очистке от СДВВ, незначительной очистке от ТДВВ и ББ в первом дополнительном отстойнике, путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы, а также последовательного по частоте, формирования БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ; в полной очистке от СДВВ, практически полной очистке от ТДВВ, незначительной очистке от ББ во втором дополнительном отстойнике - путем периодического и последовательного формирования БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ частот; в полной очистке от ТДВВ, в практически полной очистке от ББ в третьем дополнительном отстойнике - путем периодического и последовательного формирования стоячих гидроакустических волн (СГАВ) ЗДЧ и УЗДЧ частот; в полной очистке от ББ в специальном сооружении - в акустическом гидроциклоне (АГЦ), работающем при избыточным статическом давлении 3-5 атм.; гравитационного осаждения - в главном отстойнике, в первом, во втором и в третьем дополнительных отстойниках, а также в специальном сооружении ранее акустически коагулированных КДВВ, СДВВ и ТДВВ; акустического уплотнения осадка в специальном сооружении /Бахарев С.А. Способ очистки и обеззараживания оборотных и сточных вод. - Патент РФ №2280490, 2005 г., опубл. 27.07.2006, Бюл. №21. Диплом ФИПС в номинации: «100 лучших изобретений России»/. К основным недостаткам данного способа относят:
1. Низкая производительность по очистке воды от ВВ, обусловленная ограниченным объемом рабочей камеры АГЦ.
2. Низкая производительность по обеззараживанию воды (по очистке воды от ББ), обусловленная ограниченным объемом рабочей камеры АГЦ.
3
3. Высокая стоимость очистки и обеззараживания единицы объема воды (например, 1 м).
4. Недостаточное качество обеззараживания воды, обусловленное только одним этапом обеззараживания воды - в АГЦ.
5. Ограниченная область применения способа (например, из-за невозможности реализации подо льдом) и т.д.
Наиболее близким к заявляемому, относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, очистки и обеззараживания воды, заключающийся в практически полной очистке от КДВВ, незначительной очистке от СДВВ и несущественной очистке от ТДВВ, путем излучения БГАВ ЗДЧ в главном модуле очистке воды; в полной очистке от КДВВ, практически полной очистке от СДВВ, незначительной очистке от ТДВВ, несущественной очистке от коллоидных частиц (КЧ) и ББ, путем излучения БГАВ ЗДЧ в первом дополнительном модуле; в полной очистке от СДВВ, практически полной очистке от ТДВВ, незначительной очистке от КЧ и ББ, путем излучения БГАВ ЗДЧ и УЗД во втором дополнительном модуле; в полной очистке от ТДВВ, в практически полной очистке от КЧ и ББ, путем излучения БГАВ ЗДЧ в третьем дополнительном модуле; в полной очистке от КЧ и ББ в специальном сооружении - в магнито-акустическом гидроциклоне (МАГЦ); гравитационного осаждения - в главном модуле, в первом дополнительном модуле, во втором дополнительном модуле и в третьем дополнительном модуле, а также в специальном сооружении ранее акустически коагулированных КДВВ, СДВВ, ТДВВ и КЧ; акустического уплотнения осадка в специальном сооружении. При этом очищаемую от ВВ и ББ воду дополнительно облучают высокочастотным электромагнитны полем - ультрафиолетовым светом, в МАГЦ; дополнительно осуществляют предварительную (акустическую) сушку осадка до транспортной влажности и окончательную (термическую) сушку осадка с последующей его (осадка) фасовкой / Бахарев С.А. Способ очистки и обеззараживания воды. - Патент РФ №2487838, 2011 г., опубл. 20.07.2013, Бюл. №20/.
К основным недостаткам способа-прототипа относят:
1. Недостаточное качество очистки воды.
2. Недостаточное качество обеззараживания воды.
3. Ограниченная область применения.
Например, из-за невозможности реализации способа: в зимний период (подо льдом), для повышения качества работы насыпных фильтров, для повышения качества и экономичности промывки фильтровального материала насыпных фильтров и т.д.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанных выше недостатков.
3
Технический результат предложенного способа заключается в качественной - до требований СанПиН (2.1.4.1074-01 (Питьевая вода), физической - без использования химических реагентов (например, сернокислого алюминия и т.д.) очистки, а также в качественном и физическом - без использовании химических препаратов (например, хлора и т.д.) обеззараживании больших (до 50 тыс. м в сутки и более) объемов воды, отобранных из поверхностных источников водоснабжения, относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в любых погодно-климатических условиях (подо льдом и т.д.) с обеспечением медицинской безопасности - для человека и экологической безопасности - для окружающей природной среды (ОПС).
4
4
4
2
2
5
4
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе безреа-гентной очистки и обеззараживания воды, заключающемся в очистке от крупнодисперсных взвешенных веществ (КДВВ), от среднедисперсных взвешенных веществ (СДВВ) и от тонкодисперсных взвешенных веществ (ТДВВ) - путем излучения бегущих гидроакустических волн (БГАВ) звукового диапазона частот (ЗДЧ) и ультразвукового диапазона частот (УЗДЧ) в главном модуле очистке воды; в очистке от КДВВ, от СДВВ, от ТДВВ, от КЧ и от болезнетворных бактерий - путем излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ в первом дополнительном модуле; в очистке от СДВВ, от ТДВВ, от КЧ и от болезнетворных бактерий - путем излучения БГАВ ЗДЧ и УЗД во втором дополнительном модуле; в очистке от ТДВВ, от КЧ и болезнетворных бактерий, путем излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ в третьем дополнительном модуле; в очистке от КЧ и от болезнетворных бактерий в специальном сооружении, в гравитационном осаждении - в главном модуле, в первом дополнительном модуле, во втором дополнительном модуле и в третьем дополнительном модуле, а также в специальном сооружении, ранее акустически коагулированных КДВВ, СДВВ, ТДВВ и КЧ, в акустическом уплотнении осадка, в облучении очищаемой от болезнетворных бактерий воды ультрафиолетовым светом, в главном модуле очистке воды, в качестве которого используют, оголовок водозабора, осуществляют: значительную - более 50%, очистку от КДВВ, незначительную - менее 50%, очистку от СДВВ, несущественную - менее 25%, очистку от ТДВВ, минимальную - менее 5%, очистку от КЧ и несущественную очистку от болезнетворных бактерий - путем направленного: навстречу-вверх и навстречу-вниз потоку воды в природном поверхностном водотоке (в реке) излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя; в первом дополнительном модуле очистке воды, в качестве которого используют водоприемный колодец, осуществляют: существенную - более 75%, очистку от КДВВ, значительную очистку от СДВВ, незначительную очистку от ТДВВ, несущественную очистку от КЧ и незначительную очистку от болезнетворных бактерий - путем направленного: в самотечную трубу, а также ненаправленного - на среднем горизонте водоприемного колодца, излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя; во втором дополнительном модуле очистке воды, в качестве которого используют смеситель, осуществляют: полную очистку от КДВВ, практически полную очистку от СДВВ, существенную очистку от ТДВВ, значительную очистку воды от КЧ и значительную очистку от болезнетворных бактерий - путем ненаправленного: на среднем горизонте смесителя, излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя; в третьем дополнительном модуле очистке воды, в качестве которого используют несколько - не менее двух, идентичных друг другу отстойников, осуществляют: полную очистку воды от СДВВ, практически полную очистку воды от ТДВВ и существенную очистку воды от КЧ, а также уплотнения осадка - путем ненаправленного: на среднем горизонте соответствующего отстойника, излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя; в четвертом дополнительном модуле, в качестве которого используют несколько - не менее двух, идентичных друг другу, насыпных фильтров (фильтров со слоем зернистого фильтрующего материала), осуществляют: полную очистку воды от ТДВВ, а также практически полную очистку от КЧ - путем ненаправленного: на верхнем горизонте соответствующего насыпного фильтра, излучения БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, а также путем задерживания (улавливания) акустически коагулированных ТДВВ и КЧ в ЗФМ; в специальном сооружении, в качестве которого используют несколько - не менее двух, идентичных друг другу, прозрачных (для ультрафиолетового облучения) водоводов с несколькими - не менее четырех, идентичными друг другу ультрафиолетовыми лампами и с несколько - не менее четырех, идентичными друг другу гидроакустическими излучателями УЗДЧ, осуществляют полную очистку воды от болезнетворных бактерий - путем направленного излучения ультрафиолетового света (высокочастотных электромагнитных волн), а также путем направленного излучения БГАВ УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя; дополнительно - для ускоренной и более качественной промывки ЗФМ, используют БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, зарытого в ЗФМ в геометрическом центре соответствующего насыпного фильтра.
На фиг. 1 - фиг. 7 представлены структурные схемы устройства, реализующего разработанный способ безреагентной очистки и обеззараживания воды (далее по тексту - разработанный способ). При этом: на фиг. 1 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к общему принципу реализации разработанного способа; на фиг. 2 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в главном модуле очистки воды (ГМОВ) - в оголовке водозабора; на фиг. 3 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в первом дополнительном модуле очистки воды (ПДМОВ) - в водоприемном колодце; на фиг. 4 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа во втором дополнительном модуле очистки воды (ВДМОВ) - в смесителе; на фиг. 5 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в третьем дополнительном модуле очистки воды (ТДМОВ) - в нескольких, не менее двух, идентичных друг другу, отстойниках; на фиг. 6 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в четвертом дополнительном модуле очистки воды (ЧДМОВ) - в нескольких, не менее двух (по числу отстойников), идентичных друг другу, насыпных фильтрах; на фиг. 7 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в специальном сооружении (СПС) - в нескольких, не менее двух, прозрачных (для ультрафиолетового света) водоводах с несколькими - не менее четырех, ультрафиолетовыми лампами и с несколькими - не менее четырех, направленными гидроакустическими излучателями УЗДЧ.
Устройство для безреагентной очистки и обеззараживания воды, в простейшем случае, содержит (фиг. 1 - фиг. 7) последовательно функционально соединенные: природный поверхностный (ППВ) водоток (1) - реку (с верхней границей (поверхность воды) - волнистая линия и направлением течения воды - двойная линия с наконечником) - источник исходной воды (содержащей: ТДВВ, СДВВ, ТДВВ, КЧ и ББ); оголовок (2) водозабора (ОВ), предназначенный для приема исходной воды ~ со среднего горизонта природного поверхностного водотока (1) - с горизонта ~2 м при глубине реализации разработанного способа; на фиг.2 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в главном модуле очистки воды (ГМОВ) - в оголовке водозабора; на фиг. 3 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в первом дополнительном модуле очистки воды (ПДМОВ) - в водоприемном колодце; на фиг.4 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа во втором дополнительном модуле очистки воды (ВДМОВ) - в смесителе; на фиг.5 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к peaлизации разработанного способа в третьем дополнительном модуле очистки воды (ТДМОВ) - в нескольких, не менее двух, идентичных друг другу, отстойниках; на фиг.6 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в четвертом дополнительном модуле очистки воды (ЧДМОВ) - в нескольких, не менее двух (по числу отстойников), идентичных друг другу, насыпных фильтрах; на фиг. 7 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к реализации разработанного способа в специальном сооружении (СПС) - в нескольких, не менее двух, прозрачных (для ультрафиолетового света) водоводах с несколькими - не менее четырех, ультрафиолетовыми лампами и с несколькими - не менее четырех, направленными гидроакустическими излучателями УЗДЧ.
Устройство для безреагентной очистки и обеззараживания воды, в простейшем случае, содержит (фиг. 1 - фиг. 7) последовательно функционально соединенные: природный поверхностный (ППВ) водоток (1) - реку (с верхней границей - волнистая линия и направлением течения воды - двойная линия с наконечником) - источник исходной воды (содержащей: ТДВВ, СДВВ, ТДВВ, КЧ и ББ, а также: подводных террористов, рыб и биообрастателей); оголовок (2) водозабора (ОВ), предназначенного для приема исходной воды ~ со среднего горизонта ППВ (1) - с горизонта ~2 м при глубине реки ~4 м, с сороудерживающей решеткой (3) ячеей ~40×40 мм, предназначенной для защиты ОВ (2) от крупного мусора (веток и т.д.), а также с плоской сеткой (4) ячеей ~4×4 мм, предназначенной для защиты ОВ (2) от мелкого мусора (листьев и т.д.), функционально образующие ГМОВ (5); самотечную (6) линию (СЛ) - самотечную трубу, являющуюся, с одной стороны, выходом ГМОВ (5), а с другой стороны - входом в ПДМОВ (8), являющегося, в свою очередь, входом СВПД (7), в составе: водоприемного (ВПК) колодца (9), являющегося первым расходным резервуаром исходной воды, первой всасывающей линией (10), являющейся выходом ПДМОВ (8); насосную станцию (11) первого (НС-1) подъема с второй всасывающей линией (12), являющейся, как и первая всасывающая линия (10), транспортной магистралью для исходной воды, а также являющейся входом в ВДМОВ (13) в составе последовательно функционально соединенных: смесителя (14), являющегося, с одной стороны, вторым расходным резервуаром для исходной воды, а с другой стороны (в случае применения химических реагентов) - емкостью для смешивания исходной воды и раствора химических реагентов, а также отводящего трубопровода (15), являющегося, с одной стороны, выходом ВДМОВ (13), а с другой стороны - входом в ТДМОВ (16), содержащего, в свою очередь, несколько - не менее двух, идентичных друг другу, отстойников (17), предназначенных для грубой очистки (осветления) воды с соответствующими сборными желобами (18) - для непрерывного и равномерного сбора грубо очищенной воды, и с первым отводным каналом (19) - выходом ТДМОВ (16), для ее отвода из отстойников (17), а также с соответствующими сбросными выпусками (20) - для регулярного (по мере необходимости) отвода (сброса) осадка из отстойников (17) в первую сбросную трубу (21) и далее, при помощи песконасоса (22), на иловую площадку (23); ЧДМОВ (24) в составе нескольких - не менее двух, идентичных друг другу, насыпных фильтров (25), предназначенных для тонкой очистки (осветления) воды, с соответствующими раструбами (26) - для распределенных сбросов очищаемой воды в верхние части насыпных фильтров (25), с соответствующими слоями зернистого (ЗФМ) фильтрующего (27) материала (песка, дробленного антрацита, керамзита и т.д.), расположенного (материала) в нижних частях насыпных фильтров (25) и предназначенного для задерживания (улавливания) ТДВВ и КЧ в ЗФМ (27), с соответствующими сборниками (28) тонко очищенной воды, с соответствующими распределителями (29) потоков воды, предназначенных для распределения потоков тонко очищенной воды (штатная работа насыпных фильтров) и промывной воды (после промывки ЗФМ), с вторым отводным каналом (30), являющимся, с одной стороны, выходом ЧДМОВ (24), а с другой стороны - входом в СПС (31), содержащим параллельно и последовательно функционально соединенные: делитель (32) потоков тонко очищенной воды, несколько - не менее двух, идентичных друг другу, прозрачных - для ультрафиолетового облучения, водоводов (33) с несколькими - не менее четырех, идентичными друг другу, ультрафиолетовыми лампами (34) и с несколькими - не менее четырех, идентичными друг другу, направленными гидроакустическими излучателями (35) УЗДЧ, объединитель потоков очищенной (осветленной) и обеззараженной воды (36) и водовод (37) для полностью очищенной и обеззараженной воды, являющийся выходом СВПД (7).
1
1
1
2
2
2
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 2): первый акустический (ПАМ) модуль (38), в составе параллельно и последовательно функционально соединенных: первого (39) генератора сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, первого усилителя мощности (40) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, первого согласующего устройства (41), первого сигнального кабель троса (42) и первого направленного в вертикальной и в горизонтальной плоскостях - навстречу потоку воды и вверх - к поверхности воды, гидроакустического излучателя (43) ЗДЧ и УЗДЧ F, прикрепленного при помощи первого крепежного устройства (44) к ОВ (2); второго (45) генератора сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, второго усилителя мощности (46) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, второго согласующего устройства (47), второго сигнального кабель-троса (48) и второго направленного в вертикальной и в горизонтальной плоскостях - навстречу потоку воды и вниз - в направлении дна, гидроакустического излучателя (49) ЗДЧ и УЗДЧ F, прикрепленного при помощи второго крепежного устройства (50) к ОВ (2).
3
3
3
4
4
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 3): второй акустический (ВАМ) модуль (51), в составе параллельно и последовательно функционально соединенных: третьего (52) генератора сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, третьего усилителя мощности (53) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, третьего согласующего устройства (54), третьего сигнального кабель-троса (55) и третьего направленного в вертикальной и в горизонтальной плоскостях - навстречу потоку исходной воды, гидроакустического излучателя (56) ЗДЧ и УЗДЧ F, прикрепленного при помощи третьего крепежного устройства (57) к днищу ВПК (9) - на горизонте СЛ (6); четвертого (58) генератора сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, четвертого усилителя мощности (59) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, четвертого согласующего устройства (60), четвертого сигнального кабель-троса (61) и первого ненаправленного гидроакустического излучателя (62) ЗДЧ и УЗДЧ F4, вывешенного при помощи первого троса (63) на первой плавучести (64) - на горизонте первой всасывающей линии (10).
5
5
5
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 4): третий акустический (ТАМ) модуль (65), в составе последовательно функционально соединенных: пятого (66) генератора сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, пятого усилителя мощности (67) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, пятого согласующего устройства (68), пятого сигнального кабель-троса (69) и второго ненаправленного гидроакустического излучателя (70) ЗДЧ и УЗДЧ F, вывешенного при помощи второго троса (71) на второй плавучести (72) - на горизонте отводящего трубопровода (15).
6
6
6
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 5): четвертый акустический (ЧАМ) модуль (73), в составе параллельно и последовательно функционально соединенных: нескольких - не менее двух, идентичных друг другу шестых генераторов (74) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу шестых усилителей мощности (75) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу шестых согласующих устройств (76), нескольких - не менее двух, идентичных друг другу шестых кабель-тросов (77) и нескольких - не менее двух, идентичных друг другу третьих ненаправленных гидроакустических излучателей (78) ЗДЧ и УЗДЧ F, вывешенных при помощи нескольких - не менее двух, идентичных друг другу третьих тросов (79) на нескольких - не менее двух, идентичных друг другу третьих плавучестях (80) - на средних горизонта нескольких - не менее двух, идентичных друг другу отстойников (17).
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 6): резервуар (81) для оборотной (промывной для насыпных фильтров) воды, с насосом (82) для оборотной воды, с напорным водоводом (83) для оборотной воды, с несколькими - не менее трех - слева, в центре и справа, для каждого из нескольких - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (25), распределителями (84) оборотной воды, обеспечивающими равномерную промывку ЗФМ (27), а также с несколькими - не менее двух (по числу насыпных фильтров) идентичными друг другу вторыми сборными желобами (85) для оборотной воды и с второй сбросной трубой (86) для оборотной воды, по которой оборотная вода направляется в сооружение (87) для очистки оборотной воды.
7
7
7
8
8
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 6): пятый акустический (ПТАМ) модуль (88), в составе параллельно и последовательно функционально соединенных: нескольких - не менее двух, идентичных друг другу седьмых генераторов (89) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу седьмых усилителей мощности (90) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу седьмых согласующих устройств (91), нескольких - не менее двух, идентичных друг другу седьмых сигнальных кабель-тросов (92) и нескольких - не менее двух, идентичных друг другу четвертых ненаправленных гидроакустических излучателей (93) ЗДЧ и УЗДЧ F, вывешенных при помощи нескольких - не менее двух, идентичных друг другу четвертых тросов (94) на нескольких - не менее двух, идентичных друг другу четвертых плавучестях (95) - на верхних горизонтах нескольких - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (15); нескольких - не менее двух, идентичных друг другу восьмых генераторов (96) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу восьмых усилителей мощности (97) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу восьмых согласующих устройств (98), нескольких - не менее двух, идентичных друг другу восьмых сигнальных кабель-тросов (99) и нескольких - не менее двух, идентичных друг другу пятых ненаправленных гидроакустических излучателей (100) ЗДЧ и УЗДЧ, прикрепленных при помощи нескольких - не менее двух, идентичных друг другу четвертых крепежных устройств (101) к днищам нескольких - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (25).
9
9
9
Устройство также содержит (фиг. 1 и фиг. 7): шестой акустический (ШАМ) модуль (102), в составе параллельно и последовательно функционально соединенных: нескольких - не менее двух, идентичных друг другу первых двухканальных генераторов (103) сигналов УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу первых двухканальных усилителей мощности (104) сигналов УЗДЧ F, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу первых двухканальных согласующих устройств (105), нескольких - не менее четырех, идентичных друг другу девятых сигнальных кабель-тросов (106) и нескольких - не менее четырех, идентичных друг другу четвертых направленных гидроакустических излучателей (35) УЗДЧ F, установленных внутри соответствующего прозрачного (для ультрафиолетового облучения) водовода (33) СПС (31).
уфс
уфс
уфс
Устройство также содержит первый электромагнитный модуль (107) в составе параллельно и последовательно функционально соединенных: нескольких - не менее двух, идентичных друг другу первых двухканальных генераторов (108) высокочастотных электромагнитных сигналов ультрафиолетового спектра f, нескольких - по числу генераторов (108), идентичных друг другу первых двухканальных усилителей мощности (109) высокочастотных электромагнитных сигналов ультрафиолетового спектра f, нескольких - не менее четырех - по числу каналов усилителей мощности (109), идентичных друг другу высокочастотных сигнальных кабелей 110 и нескольких - не менее четырех, идентичных друг другу направленных - в сторону прозрачного (для ультрафиолетового облучения) водовода (33) СПС (31), излучателей (34) высокочастотных электромагнитных сигналов ультрафиолетового спектра f, прикрепленных при помощи нескольких - по количеству излучателей (34), идентичных друг другу пятых крепежных устройств (111) водоводам (33) СПС (31).
Устройство для безреагентной очистки и обеззараживания воды (например, в процессе подготовки питьевой воды для районного центра г. Камызяк в Астраханской области) в простейшем случае работает следующим образом (фиг. 1 - фиг. 7).
При этом изначально принимаем во внимание следующие факты: - в данном регионе РФ в летний период (высокие - до 50°С и выше, температуры окружающего воздуха, что способствует активному размножению ББ в поверхностных водотоках;
- в данном регионе РФ в летний период регистрируется большое количество ББ в водоприемном колодце, в различных трубопроводах (самотечных, напорных и т.д.);
- в данном регионе РФ в летний период расход воды (полив огородов и т.д.) в течение суток изменяется многократно (до 3 раз и более: максимальный расход воды - с 19:00 до 23:00, минимальный расход воды - с 01:00 до 05:00);
- в данном регионе РФ (в связи с периодическими сбросами воды из водохранилищ каскада ГЭС в Волгоградской области - выше по течению р. Волга) в весенний и в летний периоды содержание ВВ в исходной воде может многократно (до 3 раз и более) изменяться в течение суток;
- в данном регионе РФ (с резкоконтинентальным климатом) в весенний, в осенний и в зимний периоды (в связи с низкими - ниже 8°С, температурами воды в реках) эффективность применения химических реагентов (например, на основе сернокислого А1) для очистки воды от ВВ и КЧ сильно уменьшается;
- в данном регионе РФ очистные сооружения предприятий водоподготовки морально и физически устарели, поэтому качество питьевой воды зачастую не соответствует нормам и т.д.
Исходную воду, содержащую в большом - до 20 мг/л и более, количестве разнодисперсные ВВ (КДВВ, СДВВ и ТДВВ), КЧ и ББ, со среднего (с горизонта ~2 м при глубине реки ~4 м) горизонта ППВ (1) последовательно направляют: через сороудерживающую решетку (3) ячеей ~40×40 мм - для защиты ОВ (2) от крупного мусора (от веток и т.д.), а также через плоскую сетку (4) ячеей ~4×4 мм - для защиты ОВ (2) от мелкого мусора (листьев и т.д.). При этом абсолютно не обеспечивается защита ОВ (2) от ББ.
С целью минимизации, или полного исключения этих негативных воздействий, в ОВ (2) ГМОВ (5) применяют ПАМ (38).
1
Для этого при помощи последовательно функционально соединенных: первого генератора (39), первого усилителя мощности (40), первого согласующего устройства (41) и первого сигнального кабель-троса (42) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигнала ЗДЧ и УЗДЧ на частоте F к первому направленному в вертикальной и в горизонтальной плоскостях, а также навстречу потоку исходной воды и вверх - к поверхности воды, гидроакустического излучателя (43), прикрепленного при помощи первого крепежного устройства (44) к ОВ (2).
1
4
В результате, под воздействием акустической волны на частоте F и с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, в потоке движущейся (течение реки) исходной воды изменяют траекторию движения ВВ, КЧ и ББ.
В частности, часть ВВ, КЧ и ББ постепенно - по мере приближения к рабочей поверхности направленного гидроакустического излучателя (43) и вопреки силе гравитации, поднимают - фронтом акустической волны, выше горизонта водозабора (~2 м), и транспортируют - течением реки, вниз по реке.
2
Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: второго (45) генератора, второго усилителя мощности (46), второго согласующего устройства (47) и второго сигнального кабель-троса (48) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигнала ЗДЧ и УЗДЧ на частоте F к второму направленному в вертикальной и в горизонтальной плоскостях, а также навстречу потоку исходной воды и вниз, гидроакустическому излучателю (49), прикрепленного при помощи второго крепежного устройства (50) к ОВ (2).
2
4
В результате, под воздействием акустической волны на частоте F с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, в потоке движущейся (течение реки) исходной воды изменяют траекторию движения ВВ, КЧ и ББ.
В частности, часть ВВ, КЧ и ББ, постепенно - по мере приближения к рабочей поверхности направленного гидроакустического излучателя (49) и дополнительно к силе гравитации, опускают - фронтом акустической волны, ниже горизонта водозабора (~2 м), и транспортируют - течением реки, вниз по реке.
1
2
4
Кроме того (кроме изменения траекторий движения в потоке исходной воды ВВ, КЧ и ББ), под воздействием акустических волн на частотах F и F с амплитудами акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, осуществляют: акустическую коагуляцию разнодисперсных ВВ (между собой, а также с ББ) направляемых вместе с потоком воды в ОВ (2): частичное акустическое обеззараживание исходной воды на удалении до 2 м от рабочей поверхности соответствующего гидроакустического излучателя - прямые эффекты от реализации разработанного способа в ГМОВ (5).
°
Следует отметить, что бактерицидное действие на микрофлору оказывают, в первую очередь, пероксид водорода и радикалы ОН, которые образуются при диссоциации молекул воды в кавитационных образованиях.
Однако в воде, направляемой по СЛ (6) в ВПК (9) продолжают оставаться ВВ, КЧ и ББ.
С целью минимизации, или полного исключения этих негативных воздействий, в ВПК (9) ПДМОВ (8) применяют ВАМ (51).
3
4
Для этого при помощи последовательно функционально соединенных: третьего генератора (52), третьего усилителя мощности (53), третьего согласующего устройства (54) и третьего сигнального кабель-троса (55) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигнала ЗДЧ и УЗДЧ на частоте F к третьему направленному в вертикальной и в горизонтальной плоскостях, а также направленному навстречу потоку исходной воды, подаваемой из СЛ (6) в ВПК (9), гидроакустическому излучателю (56), прикрепленного при помощи третьего крепежного устройства (57) к днищу (в нижней части) ВПК (9) на горизонте СЛ (6); четвертого генератора (58), четвертого усилителя мощности (59), четвертого согласующего устройства (60) и четвертого сигнального кабель-троса (61) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигнала ЗДЧ и УЗДЧ на частоте F к первому ненаправленному гидроакустическому излучателю (62), вывешенного при помощи первого троса (63) на первой плавучести (64) - на горизонте первой всасывающей линии (10).
3
3
4
В результате, под воздействием акустических волн на частотах F и F с амплитудами акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, осуществляют: акустическую коагуляцию (второй условный рубеж) разнодисперсных ВВ (между собой, а также с КЧ и ББ), в потоке воды на выходе из СЛ (6) -при помощи гидроакустического излучателя (56), во всем объеме воды в ВПК (9) и в потоке воды, на входе в первую всасывающую линию (10) - при помощи гидроакустического излучателя (62), частичное акустическое обеззараживание воды (второй условный рубеж) в непосредственной близости от рабочих поверхностей гидроакустических излучателей (56) и (62) - прямые эффекты от реализации разработанного способа в ПДМОВ (8).
Однако в воде, направляемой по первой всасывающей линии (10) в смеситель (14) могут оставаться ВВ, КЧ и ББ.
С целью минимизации, или полного исключения этих негативных воздействий, в смесителе (14) ВДМОВ (13) применяют ТАМ (65).
5
Для этого с помощью последовательно функционально соединенных: пятого генератора (66), пятого усилителя мощности (67), пятого согласующего устройства (68) и пятого сигнального кабель-троса (69) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигнала ЗДЧ и УЗДЧ на частоте F к второму ненаправленному гидроакустическому излучателю (70) ЗДЧ и УЗДЧ, вывешенного при помощи второго троса (71) на второй плавучести (72) - на горизонте отводящего трубопровода (15).
5
4
В результате, под воздействием акустических волн на частоте F с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, осуществляют: акустическую коагуляцию (третий условный рубеж) разнодисперсных ВВ (между собой, а также с КЧ и ББ), во всем объеме смесителя (14); частичное акустическое обеззараживание воды (третий условный рубеж) на удалении до 2 м от рабочей поверхности соответствующего гидроакустического излучателя - прямые эффекты от реализации разработанного способа в ВДМОВ (13).
5
4
Одновременно с этим (сопутствующие эффекты) под воздействием акустических волн на частоте F с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, осуществляют физическое уничтожение - на расстоянии до 2 м, от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, БО (моллюсков дрейсены и т.д.).
Однако в воде, направляемой по первой всасывающей линии (15) в несколько, не менее двух, идентичных друг другу отстойников (17) ТДМОВ (16), могут остаться ВВ, КЧ и ББ. С целью минимизации, или полного исключения этих негативных воздействий, в нескольких, не менее двух, идентичных друг другу отстойниках (17) ТДМОВ (16) применяют ЧАМ (73).
6
Для этого с помощью параллельно последовательно функционально соединенных: шестых генераторов (74), шестых усилителей мощности (75), шестых согласующих устройств (76) и шестых сигнальных кабель-тросов (77) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ на частотах F к третьим ненаправленным гидроакустическим излучателям (78) ЗДЧ и УЗДЧ, вывешенных при помощи третьих тросов (79) на третьих плавучестях (80) - на средних горизонтах нескольких - не менее двух, идентичных друг другу отстойников (17).
6
2
В результате, под воздействием акустических волн на частотах F с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, осуществляют: акустическую коагуляцию (четвертый условный рубеж) разнодисперсных ВВ (между собой, а также с КЧ, ББ и БО) во всех рабочих объемах идентичных друг другу нескольких - не менее двух, отстойников (17). Одновременно с этим осуществляют акустическое уплотнение осадка.
В дальнейшем верхние слои грубо очищенной воды непрерывно и равномерно по соответствующим сборным желобам (18) и по первому отводному каналу (19), являющемуся выходом ТДМОВ (16), отводят из нескольких - не менее двух, идентичных отстойников (17) и направляют в несколько - не менее двух, идентичных друг другу, насыпных фильтров (25) ЧДМОВ (24) и по соответствующим раструбам (26) равномерно распределяют потоки очищаемой воды в верхних слоях воды насыпных фильтров (25).
Одновременно с этим, по идентичным друг другу сбросными выпускам (20) регулярно (по мере необходимости) отводят (сбрасывают) уплотненный осадок из отстойников (17) в первую сбросную трубу (21), а далее, при помощи песконасоса (22), транспортируют на иловую площадку (23).
В дальнейшем в соответствующих ЗФМ (27) соответствующих насыпных фильтров (25) задерживают (улавливают) ТДВВ и КЧ в ЗФМ (27), а тонко очищенную воду, по соответствующим сборникам (28) тонко очищенной воды, через открытые (рабочий режим насыпных фильтров) распределители (29) и по второму отводному каналу (30), являющемуся выходом ЧДМОВ (24), направляют в СПС (31).
Однако в тонко очищенной воде, направляемой по второму отводному каналу (30) в СПС (31), могут остаться ВВ, КЧ и ББ. С целью минимизации, или полного исключения этих негативных воздействий, в нескольких, не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтрах (25) ЧДМОВ (24) применяют ПТАМ (88).
7
Для этого с помощью параллельно последовательно функционально соединенных: седьмых генераторов (89), седьмых усилителей мощности (90), седьмых согласующих устройств (91) и седьмых сигнальных кабель-тросов (92) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ на частотах F к четвертым ненаправленным гидроакустическим излучателям (93) ЗДЧ и УЗДЧ, вывешенных при помощи четвертых тросов (94) на четвертых плавучестях (95) - на верхних горизонтах нескольких - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (25).
7
2
В результате, под воздействием акустических волн на частотах F с амплитудой акустического давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от поверхности соответствующего гидроакустического излучателя, осуществляют акустическую коагуляцию (пятый условный рубеж) разнодисперсных ВВ (между собой, а также с КЧ, ББ и БО) во всех водных рабочих объемах идентичных друг другу нескольких - не менее двух, насыпных фильтров (25).
Однако в процессе работы соответствующие ЗФМ (27) соответствующих насыпных фильтров (25) постепенно накапливают предельное количество примесей (забиваются примесями), и перестают качественно очищать воду. Более того, ТЖВВ и КЧ всегда с недостаточной высокой эффективностью задерживают в ЗФМ (27) насыпных фильтров (25). Также обычно на промывку ЗФМ (27) насыпных фильтров (25) затрачивается большое количество (десятки минут) времени и промывной воды (до 30% и более от объема питьевой воды, подготовленной с использованием насыпных фильтров).
С целью минимизации, или полного исключения этих негативных воздействий, в нескольких, не менее двух, идентичных друг другу ЗФМ (27) насыпных фильтров (25) ЧДМОВ (24) применяют: ПТАМ (88).
8
Для этого с помощью параллельно последовательно функционально соединенных: восьмых генераторов (96), восьмых усилителей мощности (97), восьмых согласующих устройств (98) и восьмых сигнальных кабель-тросов (99) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигналов ЗДЧ и УЗДЧ на частотах F к пятым ненаправленным гидроакустическим излучателям (100) ЗДЧ и УЗДЧ, прикрепленных при помощи нескольких - не менее двух, идентичных друг другу четвертых крепежным устройствам (101) к днищам нескольких - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (25).
Одновременно с этим, в процессе промывки ЗФМ (27) насыпных фильтров (25), оборотную (промывную для насыпных фильтров) воду из резервуара (81), благодаря насосу (82) для оборотной воды, по нескольким - не менее двум, идентичным друг другу напорным водоводам (83) для оборотной воды, и по нескольким - не менее трем (слева, в центре и справа соответствующего ЗФМ соответствующего насыпного фильтра) для каждого из нескольких - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (25), равномерно направляют в соответствующий ЗФМ (27) соответствующего насыпного фильтра (25).
Затем, после окончания процесса промывки соответствующего ЗФМ (27) соответствующего насыпного фильтра (5), загрязненную оборотную (промывную) воду, через вторые сборные желоба (85) и по второй сбросной трубе (86) для оборотной воды, направляют в сооружение (87) для очистки оборотной воды.
8
В результате, под воздействием равномерных потоков оборотной (промывной) воды и акустических волн ЗДЧ и УЗДЧ на частотах F, соответствующие ЗФМ (27) соответствующих насыпных фильтров (25) полностью освобождают от задержанных ранее ВВ и КЧ в кратчайшее время и при минимальных затратах оборотной (промывной) воды.
В дальнейшем тонко очищенную воду последовательно направляют в параллельно и последовательно функционально соединенные делитель (32) потоков тонко очищенной воды, несколько - не менее двух, идентичных друг другу, прозрачных - для ультрафиолетового облучения, водоводов (33) с несколькими - не менее четырех, идентичными друг другу, ультрафиолетовыми лампами (34) и с несколькими - не менее четырех, идентичными друг другу, гидроакустическими излучателями (35) УЗДЧ, объединитель потоков очищенной (осветленной) и обеззараженной воды (36) и водовод (37) для очищенной и обеззараженной воды, являющийся выходом СВПД (7).
9
9
При этом с помощью последовательно функционально соединенных: первых двухканальных генераторов (103), первых двухканальных усилителей мощности (104), нескольких - не менее двух, идентичных друг другу первых двухканальных согласующих устройств (105) и нескольких - не менее четырех, идентичных друг другу девятых сигнальных кабель-тросов (106) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигналов УЗДЧ на частотах F к нескольким - не менее четырем, идентичным друг другу четвертым направленным гидроакустическим излучателям (35) УЗДЧ F, установленным внутри двух идентичных друг другу прозрачных (для ультрафиолетового света) водоводов (33) СПС (31).
9
Под воздействием акустических сигналов УЗДЧ на частотах F осуществляют акустическое обеззараживание, в том числе не полностью очищенной от ТДВВ и КЧ, воды как следствие кавитационных процессов в озвучиваемой жидкости. В частности, благодаря бактерицидному действию пероксида водорода и радикалов ОН°, которые образуются при диссоциации молекул воды в кавитационных образованиях.
yфc
yфс
yфс
Одновременно с этим, при помощи последовательно функционально соединенных: первых двухканальных генераторов (108) высокочастотных электромагнитных сигналов ультрафиолетового спектра f, первых двухканальных усилителей мощности (109) высокочастотных электромагнитных сигналов ультрафиолетового спектра f, нескольких - не менее четырех -по числу каналов усилителей мощности (109), идентичных друг другу высокочастотных сигнальных кабелей (ПО) осуществляют формирование, усиление и передачу (практически без потерь энергии) сигналов ультрафиолетового спектра f к нескольким - не менее четырем, идентичным друг другу четвертым направленным - в сторону двух прозрачных (для ультрафиолетового облучения) водоводов (33) излучателей (34).
yфс
Под воздействием высокочастотных электромагнитных сигналов ультрафиолетового спектра f осуществляют обеззараживание, преимщественно полностью очищенной от ТДВВ и КЧ, воды. При этом:
1. Качественную - до требований СанПиН (2.1.4.1074-01 (Питьевая вода) очистку и обеззараживание воды осуществляют за счет того, что:
- очистку воды (от ВВ, КЧ и т.д.) путем: изменения (отклонения вниз и вверх) траекторий движения ВВ и КЧ в потоке воды в районе оголовка водозабора, коагуляции частиц на нескольких этапах (на нескольких условных акустических рубежах), ускоренного (благодаря увеличению массы за счет акустической коагуляции) осаждения частиц и уплотнения (за счет акустического воздействия) осадка, обеззараживание воды (за счет акустического уничтожения ББ) осуществляют на нескольких этапах (в ГМОВ - в оголовке водозабора, в ПДМОВ - в водоприемном колодце, во ВДМОВ - в смесителе, в ТДМОВ - в нескольких отстойниках, в ЧДМОВ - в нескольких насыпных фильтрах, в СПС - в нескольких прозрачных водоводах с ультрафиолетовыми лампами и направленными гидроакустическими излучателями УЗДЧ);
- осуществляют акустическую коагуляцию (благодаря акустическим волнам), акустико-сорбционную коагуляцию (благодаря физико-химическим свойствам механических и биологических примесей, находящихся в исходной воде) и электрическую (электромагнитную) коагуляцию (сопутствующий эффект от работы - преобразование электрической энергии в акустическую энергию, электроакустических преобразователей гидроакустических излучателей) ВВ, КЧ и ББ;
- осуществляют акустическое и акустико-гравитационное осаждение исходных и ранее акустически коагулированных ВВ, КЧ и ББ;
- осуществляют задержку (улавливание) коагулированных ВВ, КЧ и ББ в ЗФМ насыпных фильтров;
- регулярно осуществляют уплотнение осадка;
- регулярно (по мере необходимости) осуществляют удаление осадка и т.д.
2. Физическую (без использования химических реагентов - при очистке, без использования хлора - при обеззараживании) очистку и обеззараживание воды осуществляют за счет того, что:
- не используют химические реагенты (коагулянты и флокулянты) для очистки воды;
- не используют химические препараты (хлор) для обеззараживания воды;
- очистку воды осуществляют на нескольких этапах (условных акустических рубежа) за счет: изменения траекторий движения ВВ и КЧ в потоке воды в районе оголовка водозабора, коагуляции ВВ, КЧ и ББ, осаждения частиц и уплотнения осадка;
- обеззараживание воды осуществляют на нескольких этапах (условных акустических рубежа) за счет физического уничтожения ББ под влиянием нелинейных акустических эффектов (акустическая кавитация и т.д.);
- осуществляют задержку (улавливание) коагулированных (с ВВ и КЧ) ББ в ЗФМ насыпных фильтров;
- регулярно осуществляют уплотнение осадка с ББ;
- регулярно осуществляют удаление осадка с ББ и т.д.
3. Очистку и обеззараживание больших (до 50 тыс.м в сутки и более) объемов воды, отобранных из поверхностных источников водоснабжения осуществляют за счет того, что:
- осуществляют очистку и обеззараживание воды путем изменения траекторий движения ВВ, КЧ и ББ в потоке воды в районе оголовка водозабора;
- очистку и обеззараживание воды осуществляют на нескольких этапах;
- для очистки воды одновременно реализуют несколько различных физических механизмов коагуляции ВВ;
- одновременно реализуют несколько различных физических механизмов для осаждения исходных и ранее акустически коагулированных ВВ, КЧ и ББ;
- осуществляют задержку ВВ, КЧ и ББ в ЗФМ насыпных фильтров;
- осуществляют регулярное уплотнение осадка;
- осуществляют регулярное удаление осадка и т.д.
4. Простоту способа обеспечивают за счет того, что:
- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных приборов, а также гидроакустических излучателей (в том числе снятых с вооружения, что способствует конверсии предприятий военно-промышленного комплекса);
- формирование и излучение высокочастотных электромагнитных волн (ультрафиолетового диапазона) осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных приборов;
- управление работой устройства, реализующего разработанный способ, осуществляют автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);
- техническое обслуживание оборудования, реализующего разработанный способ, осуществляют с большой дискретностью (раз в 7 суток и более) и непосредственно в процессе работы очистного сооружения, поэтому не требуется специального времени для прекращения процесса водоочистки и технического обслуживания устройства и т.д.
5. Минимальные финансовые затраты обеспечивают за счет того, что:
- исключают расход дорогостоящих химических реагентов;
- исключают расход дорогостоящих и опасных при транспортировке и хранении обеззараживающих средств (хлора);
- уменьшают (как минимум на 30%) площадь земель, отводимую под строительство очистных сооружений;
- очистку воды осуществляют в несколько этапов;
- очистку и обеззараживание воды начинают непосредственно в реке;
- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных и акустических приборов;
- формирование и излучение высокочастотных волн осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных приборов;
3
- энергопотребление акустических приборов устройства, реализующего разработанный способ, относительно небольшое (менее 0,5 Вт/м);
- время на монтаж всего акустического и электромагнитного оборудования не превышает 5 суток;
- техническое обслуживание оборудования осуществляют с большой дискретность и непосредственно в процессе работы очистного сооружения и т.д.
6. Минимальные временные затраты обеспечивают за счет того, что:
- исключают временные затраты на приготовление растворов химических реагентов;
- исключают временные затраты на приготовление растворов обеззараживающих средств;
- очистку и обеззараживание воды начинают непосредственно в реке;
- время на монтаж всего акустического и электромагнитного оборудования не превышает 5 суток;
- техническое обслуживание оборудования осуществляют с большой дискретность и непосредственно в процессе работы очистного сооружения и т.д.
7. Реализацию способа в любых погодно-климатических условиях обеспечивают за счет того, что:
- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществляют с помощью серийно выпускаемых гидроакустических излучателей, способных работать в любых погодно-климатических условиях (в том числе, подо льдом);
- устройство, реализующее разработанный способ, выполняют в виде отдельных модулей и т.д.
8. Медицинскую безопасность для человека обеспечивают за счет того, что:
- полностью исключают использование химических реагентов для очистки воды и для уплотнения осадка;
- полностью исключают использование опасных при транспортировке и хранении химических обеззараживающих средств;
- акустически уплотненный осадок, содержащий ББ, утилизируют;
- формирование и излучение высокочастотных электромагнитных волн (ультрафиолетового диапазона) осуществляют с помощью серийно выпускаемых и санитарно сертифицированных приборов;
- управление работой устройства, реализующего разработанный способ, осуществляют автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн являются медицински безопасными для человека.
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) высокочастотных волн являются медицински безопасными для человека и т.д.
9. Экологическую безопасность для окружающей природной среды обеспечивают за счет того, что:
- полностью исключают использование химических реагентов для очистки воды и для уплотнения осадка;
- полностью исключают использование опасных при транспортировке и хранении химических обеззараживающих средств;
- акустически уплотненный осадок, содержащий ББ, утилизируют;
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн являются медицински безопасными для ОПС;
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) высокочастотных волн являются медицински безопасными для ОПС и т.д.
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
1. В качестве главного модуля очистки воды используют, оголовок водозабора, в котором осуществляют: значительную очистку от КДВВ, незначительную очистку от СДВВ, несущественную очистку от ТДВВ, минимальную очистку от КЧ и несущественную очистку от ББ.
2. В качестве первого дополнительного модуля очистки воды используют водоприемный колодец, в котором осуществляют: существенную очистку от КДВВ, значительную очистку от СДВВ, незначительную очистку от ТДВВ, несущественную очистку от КЧ и незначительную очистку от ББ.
3. В качестве второго дополнительного модуля очистки воды используют смеситель, в котором осуществляют: полную очистку от КДВВ, практически полную очистку от СДВВ, существенную очистку от ТДВВ, значительную очистку воды от КЧ и значительную очистку от ББ.
4. В качестве третьего дополнительного модуля очистки воды используют несколько - не менее двух, идентичных друг другу отстойников.
5. В качестве четвертого дополнительного модуля очистки воды используют несколько - не менее двух, идентичных друг другу насыпных фильтров (фильтров со слоем зернистого фильтрующего материала).
6. В качестве специального сооружения используют несколько - не менее двух, идентичных друг другу, прозрачных (для ультрафиолетового облучения) водоводов с несколькими - не менее четырех, идентичными друг другу ультрафиолетовыми лампами и с несколько - не менее четырех, идентичными друг другу гидроакустическими излучателями УЗДЧ.
7. Дополнительно - для ускоренной и более качественной промывки ЗФМ насыпных фильтров, используют БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ, ненаправленно (во все стороны) излучаемых с помощью гидроакустического излучателя, зарытого в ЗФМ в геометрическом центре соответствующего насыпного фильтра.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков, показал следующее.
Признаки: 1, 2 и 3 являются новыми и неизвестно их использование для безреагентной очистки и обеззараживание воды.
Признаки: 6 и 7 являются новыми и неизвестно их использование для безреагентной очистки и обеззараживание воды.
В то же время известно: для признака 6 - использование ультрафиолетового облучения для обеззараживания воды; для признака 7 - использование акустических волн для дезинтеграции материалов.
Признаки: 4 и 5 являются хорошо известными.
3
Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - качественно - до требований СанПиН (2.1.4.1074-01 (Питьевая вода), физически - без использования химических реагентов) очищать, а также качественно и физически - без использовании химических препаратов, обеззараживать большие (до 50 тыс.м в сутки и более) объемы воды, отобранной из поверхностных источников водоснабжения (рек и т.д.), относительно простым способом при минимальных финансово-временных затратах, в любых погодно-климатических условиях, с обеспечением медицинской безопасности - для человека и экологической безопасности - для ОПС.
В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".
Пример реализации способа.
Промышленные испытания разработанного способа производились на предприятиях водоподготовки: в период с 2004 г. по 2006 г. - в г. Сеул и в г. Пусан (Республика Корея), в период с 2007 г. по 2009 г. - в провинции Борея-Вунгьау (Республика Вьетнам), в период с 2016 г. по 2018 г. (Астраханская, Архангельская и Ростовская области РФ).
На фиг. 7 - фиг. 11 иллюстрируются результаты испытаний разработанного способа безреагентной очистки и обеззараживания воды.
При этом: на фиг.7 представлены результаты безреагентной очистки воды от ВВ для разработанного способа (гистограммы со сплошными линиями) и для способа-прототипа (гистограммы с пунктирными линиями). При этом индексами: I, II, II, IV и V на фиг. 7 обозначено: среднее содержание (СС) ВВ (мг/л) в воде на выходах из: ГМОВ, ПДМОВ, ВДМОВ, ТДМОВ, ЧДМОВ и СПС.
Как видно из фиг. 7 в процессе реализации способа-прототипа содержание ССВВ (мг/л) в КОВ было последовательно уменьшено с 1063 мг/л до: 610 мг/л, 210 мг/л, 112 мг/л, 98 мг/л и 37 мг/л (эффективность очистки 96,5%). В то время как в процессе реализации разработанного способа (фиг.7) содержание ВВ (SS, мг/л) в КОВ было последовательно уменьшено с 1063 мг/л до: 370 мг/л, 117 мг/л, 68 мг/л, 25 мг/л и 8,7 мг/л (эффективность очистки 99,2%).
рыб.хоз.
То есть, эффект разработанного способа составил 28,3 мг/л (37 мг/л - 8,7 мг/л), или 2,7% (99,2% - 96,5%), а качество КОВ полностью соответствовало требованиям (9,0 мг/л) ПДК
На фиг. 8 и на фиг. 9 представлены результаты безреагентной (гидроакустической) очистки КОВ от ТМ - на примере железа, (исходное содержание железа в КОВ - 4,8 мг/л) для способа-прототипа (фиг. 8) и для разработанного способа (фиг. 9), соответственно.
При этом на фиг. 8 и на фиг. 9 индексом I обозначено исходное содержание ТМ (SS, мг/л) в КОВ на входе в ГОТ; индексом II обозначено содержание ТМ в КОВ на выходе из ВДО, индексом III обозначено содержание ТМ в КОВ на выходе из ПТДО.
Как видно из фиг. 8 в процессе реализации способа-прототипа содержание ТМ (железа), в КОВ было последовательно уменьшено с 4,8 мг/л до: 0,6 мг/л и до 0,1 мг/л (эффективность очистки 97,0%).
В то время как в процессе реализации разработанного способа (фиг. 9) содержание ТМ (железа), в КОВ было последовательно уменьшено с 4,8 мг/л до: 0,1 мг/л и до 0,05 мг/л (эффективность очистки 98,9%).
рыб.хоз.
То есть, эффект разработанного способа составил 0,05 мг/л (0,1 мг/л - 0,05 мг/л), или 1,9% (98,9%-97,0%), а качество КОВ полностью соответствовало требованиям (0,05 мг/л) ПДК
На фиг. 10 представлены результаты безреагентной (гидроакустической) очистки КОВ от ББ (показатель качества ОКБ КОЕ в 100 мл) для способа-прототипа (гистограмма с индексом I) и для разработанного способа (гистограмма с индексом II) в ГОТ.
Как видно из фиг. 10 показатель качества ОКБ КОЕ в 100 мл для способа-прототипа (гистограмма с индексом I) составил 12,0, в то время как для разработанного способа (гистограмма с индексом II) составил 0,0 (эффект разработанного способа - 12,0, или 100%).
На фиг. 11 представлены результаты безреагентной (гидроакустической) очистки КОВ от ББ (показатель качества ОМЧ КОЕ в 1 мл) для способа-прототипа (гистограмма с индексом I) и для разработанного способа (гистограмма с индексом II) в ГОТ.
Как видно из фиг. 11 показатель качества ОМЧ КОЕ в 1 мл для способа-прототипа (гистограмма с индексом I) составил 73,0, в то время как для разработанного способа (гистограмма с индексом II) составил 44,0 (эффект разработанного способа - 29,0, или 39,7%).
Таким образом:
1. Качественную - до требований СанПиН (2.1.4.1074-01 (Питьевая вода) очистку и обеззараживание воды осуществили за счет того, что:
- очистку и обеззараживание воды осуществляли на нескольких этапах;
- коагуляцию ВВ, КЧ и ББ осуществляли несколькими способами;
- осаждение исходных и акустически коагулированных ВВ, КЧ и ББ осуществляли различными способами;
- осуществляли задержку (улавливание) коагулированных ВВ, КЧ и ББ в ЗФМ насыпных фильтров;
- регулярно осуществляли уплотнение осадка;
- регулярно осуществляли удаление осадка и т.д.
2. Физическую очистку и обеззараживание воды осуществили за счет того, что:
- не использовали химические реагенты и химические препараты (хлор);
- очистку воды осуществляли на нескольких этапах (условных акустических рубежа) и за счет: изменения траекторий движения ВВ и КЧ в потоке воды в районе оголовка водозабора; коагуляции ВВ, КЧ и ББ; осаждения исходных и акустически коагулированных частиц; уплотнения осадка;
- обеззараживание воды осуществляли на нескольких этапах за счет физического уничтожения ББ под влиянием нелинейных акустических эффектов;
- осуществляли задержку (улавливание) коагулированных (с ВВ и КЧ) ББ в ЗФМ насыпных фильтров;
- регулярно осуществляли уплотнение осадка с ББ;
- регулярно осуществляли удаление осадка с ББ и т.д.
3. Очистку и обеззараживание больших (до 50 тыс.м в сутки и более) объемов воды осуществили за счет того, что:
- осуществляли очистку и обеззараживание воды путем изменения траекторий движения ВВ, КЧ и ББ в потоке воды в районе оголовка водозабора;
- очистку и обеззараживание воды осуществляли на нескольких этапах;
- для очистки воды одновременно реализовывали несколько различных физических механизмов коагуляции ВВ;
- одновременно реализовывали несколько различных физических механизмов для осаждения исходных и ранее акустически коагулированных ВВ, КЧ и ББ;
- осуществляли задержку ВВ, КЧ и ББ в ЗФМ насыпных фильтров;
- осуществляли регулярное уплотнение осадка;
- осуществляли регулярное удаление осадка и т.д.
4. Простоту способа обеспечили за счет того, что:
- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществили с помощью серийно выпускаемых электронных приборов, а также гидроакустических излучателей;
- формирование и излучение высокочастотных электромагнитных волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых электронных приборов;
- техническое обслуживание оборудования осуществляли с большой дискретностью и непосредственно в процессе работы очистного сооружения;
- управление работой устройства осуществляли автоматически и полуавтоматически и т.д.
5. Минимальные финансовые затраты обеспечили за счет того, что:
- исключили расход дорогостоящих химических реагентов;
- исключили расход дорогостоящих и опасных при транспортировке и хранении обеззараживающих средств (хлора);
- уменьшили (как минимум на 30%) площадь земель, отводимую под строительство очистных сооружений;
- очистку воды осуществляли в несколько этапов;
- очистку и обеззараживание воды начинали непосредственно в реке;
- формирование и излучение гидроакустических волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых электронных и акустических приборов;
- формирование и излучение высокочастотных волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых электронных приборов;
- энергопотребление акустических приборов устройства было относительно небольшим (менее 0,5 Вт/м);
- время на монтаж всего акустического и электромагнитного оборудования не превышало 5 суток;
- техническое обслуживание оборудования осуществляли с большой дискретность и непосредственно в процессе работы очистного сооружения и т.д.
6. Минимальные временные затраты обеспечили за счет того, что:
- исключили временные затраты на приготовление растворов химических реагентов и обеззараживающих средств;
- очистку и обеззараживание воды начинали непосредственно в реке;
- время на монтаж всего акустического и электромагнитного оборудования не превышало 5 суток;
- техническое обслуживание оборудования осуществляли с большой дискретность и непосредственно в процессе работы очистного сооружения и т.д.
7. Реализацию способа в любых погодно-климатических условиях обеспечили за счет того, что:
- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществляли с помощью серийно выпускаемых гидроакустических излучателей, способных работать в любых погодно-климатических условиях;
- устройство, реализующее разработанный способ, выполняли в виде отдельных модулей и т.д.
8. Медицинскую безопасность для человека обеспечили за счет того, что:
- полностью исключили использование химических реагентов для очистки воды и для уплотнения осадка;
- полностью исключили использование опасных при транспортировке и хранении химических обеззараживающих средств;
- акустически уплотненный осадок, содержащий ББ, утилизировали;
- формирование и излучение гидроакустических волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых и санитарно сертифицированных приборов;
- формирование и излучение высокочастотных электромагнитных волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых и санитарно сертифицированных приборов;
- управление работой устройства осуществляли автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн являлись медицински безопасными для человека.
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) высокочастотных волн являлись медицински безопасными для человека и т.д.
9. Экологическую безопасность для окружающей природной среды обеспечили за счет того, что:
- полностью исключили использование химических реагентов для очистки воды и для уплотнения осадка;
- полностью исключили использование опасных при транспортировке и хранении химических обеззараживающих средств;
- акустически уплотненный осадок, содержащий ББ, утилизировали;
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн являлись медицински безопасными для ОПС;
- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) высокочастотных волн являлись медицински безопасными для ОПС и т.д.