МОБИЛЬНАЯ МАЛОГАБАРИТНАЯ СТАНЦИЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для очистки воды, а более конкретно - к удалению железа, марганца, разнообразных органических веществ и других загрязнителей из природной, преимущественно подземной, воды путем предварительного окисления кислородом загрязнителей воды, интенсификации дальнейшей очистки воды и предотвращения вторичного загрязнения, и может быть использована, преимущественно, для получения питьевой воды в удаленных вахтовых поселках, коттеджах.
Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используются озонирование [1. Патент РФ на изобретение №2228916, МПК C02F 9/04], кавитация [2. Авт. свидетельство СССР №1502481, МПК C02F 1/64], фильтрование [[1], 3. Патент РФ на полезную модель №35730, МПК B01D 24/48, F16K 15/04; 4. Патент РФ на изобретение №2225243, МПК B01D 24/10, 24/38]. Аналогами для заявляемой установки являются автоматическая фильтровальная установка для очистки воды и гидрозатворы для этой установки по патенту РФ №35730 кл. B01D 24/48, F16K 15/04. [5] и установка для очистки воды озонированием по патенту на изобретение РФ №2228916, МПК C02F 9/04 [1]. Установка по патенту РФ №35730 содержит фильтр с фильтрующим материалом, систему трубопроводов для подвода и отвода воды, снабженных насосами, обратными клапанами и гидрозатворами, а также устройство для измерения давления, соединенное с фильтром и блоком управления процессом фильтрования. Установка по патенту на изобретение РФ №2228916, МПК C02F 9/04 [1] содержит камеру окисления (озонирования), кавитатор, напорный фильтр, эжектор, связанный с генератором озона. Установка [1] обеспечивает эффективную очистку воды от загрязнителей, но неудобна для перемещения, поскольку требуется разборка и сборка на новом месте.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сути является мобильная малогабаритная водоочистная станция по патенту на полезную модель РФ №111127, МПК C02F 1/00 (2006.01) [6]. Станция содержит установку для очистки воды с камерой окисления с размещенным внутри кавитатором, эжектор и насос, соединенные последовательно между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Установка для очистки воды содержит также измеритель уровня воды, установленный внутри камеры окисления и взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, манометр для контроля давления в системе подачи исходной воды, а также напорный фильтр и второй насос для подачи воды в напорный фильтр.
Кроме того, установка для очистки воды содержит входной сетчатый фильтр, соединенный трубопроводом с камерой окисления, камеру коагуляции, соединенную с камерой окисления и через второй насос и обратный клапан с напорным фильтром, накопитель чистой воды с измерителем уровня воды, соединенный через дополнительный, третий, насос и обратный клапан с напорным фильтром, второй манометр, служащий для контроля давления воды в напорном фильтре, вентили для слива воды из камеры коагуляции, напорного фильтра и накопителя чистой воды и гидроклапан для обеспечения сброса грязной промывной воды из напорного фильтра. Установка с помощью закладных деталей закреплена в блок-боксе контейнерного типа, выполненном из листовой стали. Пол блок-бокса выполнен с отверстиями для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды, а снаружи блок-бокса водоочистная станция снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом через обратный клапан и насос с накопителем чистой воды.
Установка по прототипу обеспечивает интенсивное окисление загрязнителей воды, их коагуляцию и удаление с одновременной мобильностью станции за счет помещения и надежного закрепления водоочистной установки внутри малогабаритного блок-бокса.
Однако предлагаемая по патенту №111127 установка для очистки воды недостаточно приспособлена для предохранения очищенной воды от возможного микробного загрязнения при медленном разборе воды. При длительном хранении очищенной воды в резервуаре-накопителе существует потенциальная угроза размножения микробов в застойных зонах, что снижает качество воды. Кроме того, при большом количестве загрязнителей фильтр быстро засоряется и нуждается в частой промывке, которая сопровождается расходованием чистой воды и потерями времени.
Задача изобретения: одновременно с мобильностью установки и эффективной очисткой воды от загрязнителей в автономном режиме при суровых климатических условиях обеспечить эффективную дезинфекцию воды перед подачей ее потребителю.
Технический результат, позволяющий решить задачу, заключается в обеспечении интенсивного окисления озоном бактериальных загрязнителей воды, находящейся в накопителе чистой воды, и в более эффективном осаждении взвешенных частиц загрязнителей для их последующего удаления за счет дополнительной камеры коагуляции.
Задача решена следующим образом.
Мобильная малогабаритная станция очистки воды, как и прототип, содержит установку для очистки воды, смонтированную в блок-боксе контейнерного типа, выполненном из листовой стали. Установка для очистки воды содержит входной сетчатый фильтр, с которым соединена трубопроводом камера окисления, при этом внутри камеры окисления установлены измеритель уровня воды, взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, и кавитатор, расположенный выше верхнего заданного уровня воды. Как и в станции по прототипу, в состав установки для очистки воды входит эжектор и насос, соединенные трубопроводами с кавитатором в циркуляционный контур; напорный фильтр, камера коагуляции, соединенная через второй насос и обратный клапан с напорным фильтром, накопитель чистой воды с измерителем уровня воды, соединенный через третий насос и второй обратный клапан с напорным фильтром. В установке имеются два манометра. Один манометр служит для контроля давления в системе подачи исходной воды, а другой - для контроля давления воды в напорном фильтре. Пол блок-бокса выполнен с отверстиями для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды. Для обеспечения слива емкости снабжены соответствующими вентилями, а напорный фильтр - гидроклапаном. Общим с прототипом является также то, что снаружи блок-бокса станция очистки воды снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом через третий обратный клапан и четвертый насос с накопителем чистой воды.
В отличие от прототипа установка для очистки воды заявляемой в качестве полезной модели мобильной малогабаритной станции очистки воды дополнительно содержит вторую камеру коагуляции, соединенную с камерой окисления и с первой камерой коагуляции, устройство для дезинфекции очищенной воды и блок разложения остаточного озона, который присоединен к накопителю чистой воды. В состав устройства для дезинфекции очищенной воды входят озонатор, соединенный с блоком питания и фильтром для очистки воздуха, кавитатор, расположенный внутри накопителя чистой воды выше верхнего заданного уровня, второй эжектор и пятый насос, соединенные с кавитатором в циркуляционный контур.
В частном случае камеру окисления и камеры коагуляции, как и в прототипе, целесообразно выполнять в поперечном сечении в виде эллипса. Камера окисления может быть снабжена поплавковым клапаном и переливной магистралью, расположенной выше уровня удержания воды поплавковым клапаном. Для повышения компактности станции насосы могут быть закреплены на соответствующих их расположению емкостях.
Пол и стены блок-бокса для северных районов предпочтительно должны быть утеплены, например, с помощью минеральной плиты, закрытой оцинкованным листом, а двери блок-бокса для удобства выполнены двухстворчатыми.
Для обеспечения подъема и спуска блок-бокса при транспортировке крыша блок-бокса, в частном случае, снабжена монтажными петлями.
Целесообразно наличие микроконтроллера и соответствующих программ для того, чтобы обеспечить автоматическое управление работой установки для очистки воды.
Полезная модель обладает новизной, поскольку в известных источниках информации не выявлено устройств, характеризующихся той же совокупностью признаков, что и заявляемая мобильная малогабаритная станция очистки воды. На чертеже представлена блок-схема установки для очистки воды.
Мобильная малогабаритная станция очистки воды содержит блок-бокс, в котором с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды. Корпус блок-бокса может быть изготовлен из листовой стали (Ст.3 или другой марки с близким качеством) толщиной 2 мм. В полу имеются два технологических отверстия (на чертеже не показаны). Одно служит для слива воды (например, чтобы освободить все емкости перед транспортировкой) и для сброса грязной промывной воды, второе - для аварийных ситуаций во избежание замерзания воды в случае внештатных ситуаций.
При перевозке по лесным дорогам, по зимникам, а также в условиях бездорожья любые конструкции подвергаются повышенной опасности. Для исключения поломок должна быть предусмотрена станина сварная (например, из швеллера №12 или №10), которая создает прочность конструкции блок-бокса. Пол выполнен из листовой стали толщиной 3 мм. Поперечные и встроенные по периметру ребра из уголка обеспечивают жесткость всех стенок бокса. Пол и стены утеплены (например, минеральной плитой). Стены после утепления закрываются оцинкованным листом толщиной 0,55 мм.
Для удобства размещения оборудования двери выполнены двухстворчатыми, распашными, общей шириной 1,6 м. При работе станции в штатном режиме с целью энергосбережения используется только одна створка двери. Для максимальной полноты использования площади блок-бокса, удобства размещения (легко проходит в дверь) камера окисления и камера коагуляции выполнены в виде емкостей с эллипсовидным сечением. Эллипсовидная форма сечения камеры окисления позволяет компактно устанавливать комплектующие узлы станции.
Для удобства при транспортировке блок-бокс оснащен четырьмя подвесами (монтажными петлями), обеспечивающими быстрый и надежный подъем и перемещение. Станция легко транспортируется к удаленным местам (например, на вахтовые поселки или в точки ЧС) при помощи вертолета МИ-8 (если нет дорог), а также автомобильным, водным, железнодорожным видами транспорта.
Установка для очистки воды содержит камеру окисления 1, изготовленную из нержавеющей стали, выполненную в виде закрытой цилиндрической емкости (с сечением в виде эллипса) с крышкой. Вода в камеру окисления 1 поступает после прохождения через входной сетчатый фильтр 2, скорость потока регулируется вентилем 3. Внутри камеры выше верхнего заданного уровня воды размещен кавитатор, а также измеритель уровня воды и поплавковый клапан. Кавитатор соединен с эжектором и насосом в циркуляционный контур. Камера окисления 1 соединена с камерами коагуляции 4 и 5, соединенными последовательно, выполненными каждая из нержавеющей стали в виде закрытой цилиндрической емкости с крышкой с сечением в виде эллипса. Камера коагуляции 5 через второй насос и обратный клапан соединена с напорным фильтром 6, выполненным в виде цилиндрического корпуса с конусообразными крышкой и днищем, который содержит зернистый фильтрующий материал. Напорный фильтр 6 соединен с накопителем чистой воды 7 и с системой автоматической промывки. Для подачи чистой промывной воды из накопителя чистой воды 7 в напорный фильтр 6 служат третий насос и второй обратный клапан (на чертеже не показаны). Для сброса грязной промывной воды служит гидроклапан. Очищенная вода отводится от накопителя чистой воды 7 потребителю. Для удобства потребления воды имеется водоразборный кран (на чертеже не показан), соединенный с накопителем чистой воды 7 через четвертый насос и третий обратный клапан и смонтированный на наружной стене блок-бокса.
Установка содержит также озонатор 8, с которым через эжектор 9 соединен накопитель чистой воды 7. Внутри накопителя 7 размещены кавитатор, измеритель уровня воды и поплавковый клапан (на чертеже не показаны). Кавитатор, расположенный внутри накопителя, соединен с эжектором 9. Накопитель чистой воды 7, насос 10, эжектор 9 и кавитатор соединены между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Через эжектор 9 в накопитель чистой воды поступает озоно-воздушная смесь. Озон для нее вырабатывается в озонаторе 8. Озонатор 8 соединен с блоком питания 11, снабжающим его электричеством, и фильтром для очистки воздуха 12. К накопителю чистой воды 7 присоединен блок разложения остаточного озона 13, служащий для удаления избыточного количества озона до безопасного уровня.
Станция работает следующим образом.
Сборка и первичное испытание станции производятся в заводских условиях, на месте - окончательный монтаж, технологические испытания. Подача воды для очистки может осуществляться из скважины или открытого водоема. Электрооборудование станции может работать как от сети, так и от автономного источника электропитания.
Исходная вода поступает через входной сетчатый фильтр 2 в камеру окисления 1, где обогащается кислородом воздуха и освобождается от сопутствующих газов, присутствие которых возможно в подземной воде. Для контроля давления в системе подача исходной воды используется манометр. Аналогично камере окисления по патенту №111127, обогащенная воздухом вода поступает в камеру коагуляции 4, где находится около 60 мин. для завершения процессов окисления, деструкции, кристаллизации и коагуляции. Затем вода направляется во вторую камеру коагуляции 5, где продолжается осаждение частиц загрязнителей. Конусообразные днища камер 4 и 5 снабжены закрывающимися отверстиями для удаления накопившегося осадка.
После достижения желаемого эффекта система с помощью гидравлических клапанов и затворов (на чертеже не показаны) переключается на перекачивание воды в напорный фильтр 6 для удаления осадка (преимущественно железосодержащего). Для контроля давления воды в напорном фильтре 6 используется второй манометр. Фильтр 6 работает в автоматическом режиме, длительность фильтроцикла и регенерации задаются на основании контролируемых показателей. Очищенная вода направляется в накопитель чистой воды 7, из которого поступает к потребителю.
По мере загрязнения напорного фильтра 6 осуществляют его промывку. Вода для промывки поступает из накопителя чистой воды 7 с помощью насоса и обратного клапана (не показаны). Грязная после промывки вода сливается через гидроклапан.
В случае, если очищенная вода расходуется медленно или при длительном ее хранении в накопителе чистой воды 7 во избежание размножения микробов в застойных зонах, снижающего санитарно-гигиеническое качество воды, в установке для очистки воды предусмотрена обработка воды в накопителе чистой воды 7 озоном. Для этого вода в накопителе 7 обогащается озоно-воздушной смесью с помощью кавитатора, расположенного внутри накопителя 7, эжектора 9, озонатора 8, циркулируя по трубопроводу циркуляционного контура в течение 5-10 мин. Циркуляция обеспечивается насосом 10. Возможно использование любого известного из уровня техники кавитатора, в том числе кавитатора по патенту на изобретение РФ №2228916, который обеспечивает высокую степень диспергирования воды и газов. Контакт воды с озоном обеспечивает уничтожение практически всех микроорганизмов, придающих воде привкусы, запахи, патогенные свойства. После завершения обработки озоно-воздушной смесью включается блок разложения остаточного озона 13 для удаления избытка озона, чтобы концентрация остаточного озона была не более 0,3 мг/л.
Аналогично установке по патенту №111127 при необходимости транспортировки станции вода из всех ее узлов удаляется через сливные вентили и сливается из насосов после разгерметизации фланцев, указанных в инструкции по эксплуатации. Перед транспортировкой проверяется надежность крепления оборудования, при необходимости подтягивается крепеж. Подъем и перемещение станции осуществляется при помощи разборных такелажных скоб диаметром 25 мм, каждая из которых выдерживает нагрузку 2 тонны.
Полезная модель промышленно применима. Устройство прошло успешные испытания в производственных условиях, которые показали высокую (92% и более) степень очистки воды от большого числа загрязнителей природного и техногенного происхождения. Достоинством заявляемой станции для очистки воды является мобильность и длительное сохранение высоких санитарно-гигиенических показателей качества очищенной воды при малом расходовании. Устройство прошло испытания и успешно эксплуатируется на скважинах в вахтовых поселках на севере Томской области, Ханты-Мансийского АО и в коттеджах Томского района.