Мобильная установка для обеззараживания и очистки воды

Полезная модель относится к безреагентной подготовке воды для питьевого и технического водоснабжения. В частности, она может быть использована для очистки воды из природных источников в полевых и экспедиционных условиях при отсутствии внешнего источника энергии, а также при водоподготовке в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.
Известна высококачественная мобильная водоочистная система, аппарат и методы для использования в суровых условиях (патент США №20160016825 А1). Она включает в себя прицеп и входные патрубки для подачи воды, блоки обратного осмоса, различные фильтры, один или несколько виброгасителей, установленных на прицепе. Система дополнительно содержит насосы с обратным осмосом и ременные приводы, датчики контроля очищенной воды, блок передачи данных. Очистка воды осуществляется за счет фильтрования и использования гипохлорита натрия для дезинфекции.
Недостатками указанной системы являются большие габариты, сложная схема очистки с набором различного рода фильтров, использование химического реагента гипохлорита натрия для обеззараживания, который придает воде резкий запах хлора.
Также известна установка для обеззараживания воды (патент РФ №2294315), содержащая камеру в виде цилиндра, установленную вертикально и имеющую трубки для подвода и отвода воды, бактерицидную ультрафиолетовую лампу, кварцевый чехол для защиты лампы, установленный внутри камеры, два патрубка с эжектором. Один из патрубков соединен с атмосферой, а другой предназначен для подачи озона и соединен с вакуумной полостью эжектора, установленного внутри камеры и присоединенного своим диффузором к трубке отвода воды. Бактерицидная лампа установлена в эжекторе на одной оси с ним, а повышение качества очистки воды достигается за счет одновременной работы двух уровней озонирования.
Недостатки указанной системы заключаются в том, что проводимая с его помощью обработка воды является достаточно сложной и дорогостоящей, как и используемый в аппарате генератор озона с мощным источником питания. Обработка озоном требует большого расхода электроэнергии, что исключает мобильность установки.
Известна установка для обеззараживания воды электрическими разрядами (патент РФ №2262487). В установку входит источник высоковольтных импульсов, содержащий трансформатор, заземленный и высоковольтный электроды, которые установлены внутри камеры для обработки воды. Установка содержит в себе привод для передвижения заземленного электрода и блок управления приводом, а также датчики тока, один из которых подключен к первичной обмотке, а второй - к вторичной обмотке трансформатора.
Недостатками этой указанной системы являются необходимость использования высоковольтного генератора большой мощности, что требует значительный расход электроэнергии, существенный вес и габариты установки, ограничивающие ее мобильность.
Также известна ультразвуковая установка для очистки и обеззараживания воды (патент РФ 2464233). Установка содержит автогенератор, выполненный на двух элементах логической микросхемы К176ЛА7, вырабатывающий на выходе необходимый диапазон частот, и времязадающую цепочку. Обеззараживание воды происходит при помощи необходимых диапазонов частот.
К недостаткам установки относятся использование для обеззараживания воды ограниченного по мощности источника ультразвуковых волн и, как следствие, слабый биоцидный эффект. Установка не имеет узлов для очистки от взвешенных частиц и не предусматривает доочистку воды от пораженных микроорганизмов.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявленной полезной модели, является устройство для обеззараживания воды (патент RU 2396216), включающее в себя корпус, в котором установлена втулка с восьмью продольными каналами с размещенными в них закручивающими устройствами в виде винтовых формирователей потока, обеспечивающих закручивание, ускорение потоков и кавитацию. На выходе из каналов размещена акустическая пульсационная камера, в которой при взаимодействии кавитирующих потоков, колеблющихся с одинаковой частотой, возникает акустическое резонансное возбуждение.
К недостаткам этого устройства-прототипа относится отсутствие автономности и мобильности установки. Установка не имеет узлов для предварительной очистки воды от взвешенных частиц и не предусматривает доочистку воды от пораженных микроорганизмов.
Задачей полезной модели является расширение полезных функций прототипа - улучшение качества очистки воды, а также приобретение мобильности и автономности установки.
Поставленная задача решается благодаря тому, что для достижения очищающего и обеззараживающего эффекта используется предварительная очистка при помощи фильтрующих элементов, а также завершающая доочистка непосредственно перед подачей потребителю. Приобретение автономности и мобильности решается путем использования ручного подающего насоса для достижения минимальной необходимой скорости поступающего потока воды. Возможно, также использование электрического насоса, к примеру, работающего от бортовой сети автомобиля.
Устройство для обеззараживания воды (патент RU 2396216) имеет с предлагаемой полезной моделью существенный общий признаки - это, втулка используемая в качестве рабочей емкости, а так же использование физического эффекта кавитации, оказывающего существенное влияние на жизнедеятельность патогенных микроорганизмов в водной среде. Одновременно имеются следующие отличия:
- изменена конструкция установки путем введения во втулку тормозящего конуса, обеспечивающего эффект гидродинамической кавитации.
- реализована многоступенчатая очистка воды с применением фильтрующих элементов;
- возможна работа установки при отсутствии внешнего источника энергии (используется мускульная сила человека).
Технический результат достигается созданием малоразмерной мобильной установки для обеззараживания и очистки воды, а также уменьшением энергозатрат на обеззараживание и очистку воды в целях питьевого водоснабжения.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно использование втулки и эффекта кавитации для обеззараживания воды. Кроме того, мобильная установка для обеззараживания  и очистки воды  включает в себя корпус, в котором установлена втулка, подающий насос. При этом подающий насос соединен патрубком с «улиткой», выполненной с возможностью закручивания и подачи воды в рабочую емкость, представляющую собой втулку, соотношение длины которой к ее диаметру составляет порядка 10,5:1, а на противоположном конце втулки выполнен тормозящий элемент в виде конуса, выполненного с возможностью разворачивания вихревого потока воды и создания кавитационных микропузырьков. Выход рабочей емкости связан с подающим насосом при помощи, по меньшей мере, одного патрубка обратной подачи воды, на патрубке обратной подачи воды установлен кран. Подающий насос представляет собой ручной механический насос, выполненный с возможностью обеспечения скорости поступающей воды 19 м/с. На установку дополнительно установлены фильтры первичной очистки и конечной доочистки воды. Полезная модель позволяет получить очищенную воду, не имея внешнего источника энергии и за короткое время предоставить ее для потребления.
Предложенная полезная модель расширяет полезные функции прототипа за счет использования ручного подающего насоса либо насоса, работающего от бортовой сети автомобиля, а также наличия опциональной предварительной очистки и конечной доочистки воды, увеличивающей качество водоподготовки.
Описание полезной модели
Установка для обеззараживания и очистки воды включает в себя подающий насос, соединенный патрубком с «улиткой», в которой вода закручивается и попадает в рабочую емкость, представляющую собой втулку. На противоположном конце втулки установлен тормозящий конус, который служит для разворачивания вихревого потока воды в обратном направлении и для появления эффекта гидродинамической кавитации. В результате гидродинамической кавитации происходит поражение содержащихся в воде микроорганизмов.
Биоцидный эффект обусловлен образованием в воде кавитационных микропузырьков, при схлопывании которых локальная температура по расчетным данным может достигать 500-800 градусов, а давление до 4000 МПа, [МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И ПАРАЗИТОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДЫ, ПРОШЕДШЕЙ ЧЕРЕЗ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ, ВЕСТНИК НГИЭИ, Издательство: Нижегородский государственный инженерно-экономический институт (Княгинино) ISSN: 2227-9407]. Повышение биоцидного эффекта обеспечивается использованием патрубка обратной подачи с краном, связывающего выход рабочей емкости с приемной емкостью.
Предложенная мобильная установка для обеззараживания и очистки воды не требует наличия электроснабжения и специальных химических реагентов. Конструктивно длина рабочей емкости выбирается из соотношения порядка 10,5:1 по отношению к ее диаметру, [РАСЧЕТ ПРОТИВОТОЧНЫХ ВИХРЕВЫХ ТРУБ, ЖУРНАЛ: ВЕСТНИК РЫБИНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ ИМ. П.А. СОЛОВЬЕВА, Издательство: Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева (Рыбинск), ISSN: 2073-8072]. При этом минимальная необходимая скорость поступающего в «улитку» потока воды в размере 19 м/с, обеспечивающая эффект гидродинамической кавитации, может быть достигнута ручным подающим насосом, [ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИЕЙ, Вятский государственный университет, Кафедра промышленной экологии и безопасности, 610000, г. Киров, ул. Московская, 36].
Установка может содержать фильтры первичной очистки и фильтры конечной доочистки воды. Также она может, но не обязана иметь дополнительное оборудование, увеличивающее биоцидный эффект. К примеру, ультразвуковой генератор, повышающий качество обеззараживаемой воды.
При использовании электрического водяного насоса с питанием, к примеру, от бортовой сети автомобиля, установка может использоваться для питьевого водоснабжения в экспедиционных условиях, во время чрезвычайных ситуаций и т.д. Вследствие гидродинамического эффекта происходит дополнительный нагрев очищенной воды, что улучшает ее потребительские качества.
Краткое описание чертежей
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются схемой на Фиг. 1, на которой цифрами обозначены следующие элементы заявленного устройства:
1 Приемная емкость
2 Подающий насос
3 «Улитка»
4 Рабочая емкость
5 Тормозящий конус
6 Патрубок
7 Кран
8 Расходный кран
9 Блок фильтров
10 Фильтр доочистки
Обрабатываемая вода в установленном объеме подается в приемную емкость (1) и втягивается подающим насосом (2), который создает необходимую скорость потока. Поток воды поступает в «улитку» (3), где закручивается в вихревом движении и попадает в рабочую емкость (4), выполненную в виде втулки из прочного материала. На противоположном конце втулки установлен тормозящий конус (5), который разворачивает вихревой поток в обратном направлении. В результате гидродинамической кавитации происходит поражение содержащихся в воде микроорганизмов. Для увеличения биоцидного эффекта часть воды через патрубок (6) с краном (7) возвращается в приемную емкость. После завершения обработки открывается расходный кран (8) и вода под действием атмосферного давления подается потребителю. Улучшение качества очистки достигается установкой перед приемной емкостью дополнительного блока фильтров (9), а перед расходным краном - фильтра доочистки воды (10).