УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
DEVICE FOR PURIFICATION AND PREPARATION OF DRINKING WATER

Изобретение относится к комбинированным способам обработки и обеззараживания воды с применением нескольких химических компонентов и физических воздействий для получения чистой воды в замкнутом контуре.
Устройство предназначено для приготовления питьевой и технической воды из пресной воды природных открытых и подземных источников, а также систем централизованного и децентрализованного водоснабжения муниципальных образований и промышленных предприятий.
Устройство состоит из струйного насоса - гидродинамического кавитатора и цилиндрического корпуса, коаксиально разделенного на контактную колонну с патрубком отвода газов, фильтр с гранулированной загрузкой, зону обработки УФ-излучением, через которые последовательно проходит обрабатываемая вода и озонирующего элемента. Последний представляет собой стеклянную колбу с диэлектрической крышкой с отверстиями для прохода атмосферного воздуха. На внутреннюю поверхность колбы нанесен перфорированный электропроводящий слой, которого касаются проводящие перемычки внутренней центральной трубы, являющейся высокопотенциальным электродом, подсоединенным к высоковольтному трансформатору, служащей для отвода озоно-воздушной смеси, генерируемой в кольцевом зазоре между трубой и электропроводящим слоем, через невозвратный клапан к гидродинамическому кавитатору. При этом низкопотенциальным электродом является электропроводящий корпус устройства также подсоединенный к высоковольтному трансформатору.
Принципиальная схема устройства для очистки и приготовления питьевой воды представлена на фигуре 1.
Известны устройства комплексов и станций приготовления питьевой воды, описанные в источниках: патент Российской Федерации RU 2120403 Устройство для озонирования воды; патент Российской Федерации RU 2162061 Установка для озонирования воды; патент Российской Федерации RU 98123544 Установка для озонирования воды; патент Российской Федерации RU 131712. Мобильный водоочистной комплекс; патент Российской Федерации RU 2051128. Способ приготовления питьевой воды; Воробьева Л.В. Гигиена, санология, экология: учебное пособие / под ред. Л.В. Воробьевой: Санкт-Петербург.: Изд-во СпецЛит, 2011. - 255 с.; Моисеев И.И. Окислительные методы в технологии очистки воды и воздуха // Изв. АН. Сер. Хим, №3. - М., 1995. - С. 578-588.
Наиболее близким по технической сущности является: патент Российской Федерации RU 2162061 Установка для озонирования воды.
Признаками наиболее близких аналогов, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:
- использование в технологическом процессе обработки воды озонирования и фильтрации;
- смешение озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой в струйном насосе - эжекторе;
- использование совмещенной в одном корпусе конструкции реакционной емкости и фильтра.
Общими недостатками данных объектов являются следующие:
- сравнительно низкая санитарная надежность;
- значительная вероятность передозировки активного дезинфектанта;
- отсутствие стадии доочистки УФ-излучением, генерируемым при коронном разряде в озонирующем элементе и разлагающем остаточный озон в обрабатываемой воде;
- неудовлетворительные массогабаритные показатели установок и комплексов;
- высокое энергопотребление;
- очищенные воды не всегда удовлетворяют требованиям регламентирующей нормативной документации.
Причинами, препятствующими получению технического результата, обеспечиваемого изобретением при использовании устройства по прототипу являются:
- необходимость применения в конструкции установки отдельного агрегета - сложного, дорогостоящего и относительно ненадежного озонатора при его работе на постоянной производительности, что повышает энергопотребление и массогабаритные показатели;
- отсутствие возможности регулирования дозы озона и невозможность контроля и удаления остаточного озона в воде при ее обработке вызывает высокую вероятность образования побочных продуктов окисления, которые плохо удаляются в процессе очистки и могут быть более токсичны, чем исходные загрязнения.
Задачей изобретения является повышение эффективности устройств приготовления питьевой воды, увеличение санитарной надежности и снижение их массогабаритных характеристик.
Существенными признаками заявленного изобретения, отличительными от наиболее близкого аналога, являются:
- замена эжектора на эжектор-кавитатор при обработке воды позволит получить дополнительный эффект обеззараживания воды кавитацией при высокоэффективном смешении сред и гарантированной эжекции газообразного потока озоно-воздушной смеси;
- применение совместной обработки гидродинамической кавитацией и озонированием позволяет достигнуть синергетического эффекта, позволяющего при значительном снижении дозы реагентов достигнуть высокого эффекта обеззараживания, что повышает санитарную надежность системы;
- отказ от отдельного озонаторного агрегата в пользу встроенного в конструкцию озонирующего элемента значительно уменьшит массогабаритные показатели и энергопотребление системы, позволит полезно использовать УФ-излучение коронного разряда не только для финишного обеззараживания, но и для разложения остаточного озона в обрабатываемой воде, а также снизит номенклатуру сменно-запасных частей и трудоемкость обслуживания устройства.
Технический результат изобретения состоится в разработке устройства для очистки и приготовления питьевой воды, обеспечивающей снижение энергопотребления и массогабаритных показателей, повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации двухступенчатого обеззараживания и фильтрации, синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий, упрощения конструкции за счет исключения движущихся деталей и узлов реакторов, повышение надежности всей установки с одновременным сокращением функциональной единицы -озонаторного агрегата.
Общим техническим результатом для всех включенных в формулу признаков является повышение эффективности обработки воды за счет рациональной организации двухступенчатого обеззараживания и фильтрации, а также синергетического эффекта при взаимодействии активных воздействий.
Предлагается устройство для очистки и приготовления питьевой воды, состоящее из струйного насоса - гидродинамического кавитатора и цилиндрического корпуса, отличающегося тем, что последний коаксиально разделен на контактную колонну с патрубком отвода газов, фильтр с гранулированной загрузкой, зону обработки УФ-излучением, через которые последовательно проходит обрабатываемая вода и озонирующего элемента, представляющего собой стеклянную колбу с диэлектрической крышкой с отверстиями для прохода атмосферного воздуха, на внутреннюю поверхность колбы нанесен перфорированный электропроводящий слой, которого касаются проводящие перемычки внутренней центральной трубы, являющейся высокопотенциальным электродом, подсоединенным к высоковольтному трансформатору, служащей для отвода озоно-воздушной смеси, генерируемой в кольцевом зазоре между трубой и электропроводящим слоем через невозвратный клапан к гидродинамическому кавитатору, в котором осуществляется обработка воды гидродинамической кавитацией и озоном, при этом низкопотенциальным электродом является электропроводящий корпус устройства также подсоединенный к высоковольтному трансформатору.
Число, назначение и работа функциональных единиц системы обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Подобное устройство может быть использовано для приготовления питьевой и технической воды из пресной воды природных открытых и подземных источников, а также систем централизованного и децентрализованного водоснабжения муниципальных образований и промышленных предприятий в целях водоснабжения питьевой, технической водой отдельных производств, предприятий, организаций, судов, бассейнов, малых муниципальных образований и т.д.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить качественное приготовление вод питьевого и близкого к ним качества с использованием процессов озонирования, фильтрации и УФ-излучения вследствие использования в работе системы синергетического эффекта, возникающего при одновременном применении нескольких активных воздействий и окислителей (Активированные окислительные технологии (AOT's)). Данное явление позволяет для получения требуемого эффекта снижать интенсивность каждого из отдельных воздействий при одновременном использовании. Применительно к конкретной системе AOT's заключается в одновременном использовании гидродинамической кавитации, озонирования и УФ-излучения. В данном случае это позволит снизить дозу озона и интенсивность УФ-излучения, что снижает массогабаритные показатели элементов системы и их энергопотребление.
Использование предлагаемых устройств для водоснабжения повысит показатели санитарной надежности систем, позволит всегда получать потребителям питьевую воду высокого качества, обеспечит безопасность конечных потребителей и обслуживающего персонала, улучшит экологическую обстановку вследствие отсутствия выбросов хлорсодержащих реагентов и продуктов их распада, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата, сокращения номенклатуры сменно-запасных частей и потребляемых реагентов. Предлагаемое решение улучшит массо-габаритные показатели систем по приготовлению воды, упростит их конструкцию, снизит строительные и эксплуатационные расходы, позволит комплексно автоматизировать рабочий процесс.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет собой принципиальную схему устройства для очистки и приготовления питьевой воды.
Схема выполнена в виде условных графических обозначений и элементов конструкции устройства, связанных функционально линиями перемещения жидкости и озоно-воздушной смеси.
Устройство состоит из струйного насоса - гидродинамического кавитатора (поз. 1) и цилиндрического корпуса, коаксиально разделенного на контактную колонну (поз. 2) с патрубком отвода газов (поз. 14), фильтр с гранулированной загрузкой (поз. 3), в верхней и нижней частях которого имеются переливные окна (поз. 4, 11), зону обработки УФ-излучением (поз. 5) и озонирующего элемента. Последний представляет собой стеклянную колбу (поз. 6) с диэлектрической крышкой с отверстиями для прохода атмосферного воздуха (поз. 13). На внутреннюю поверхность колбы нанесен перфорированный электропроводящий слой (поз. 9), которого касаются проводящие перемычки (поз. 8) внутренней центральной трубы (поз. 7), являющейся высокопотенциальным электродом, подсоединенным к высоковольтному трансформатору (поз. 10), служащей для отвода озоно-воздушной смеси, через невозвратный клапан (поз. 12) к гидродинамическому кавитатору (поз. 1). При этом низкопотенциальным электродом является электропроводящий корпус устройства также подсоединенный к высоковольтному трансформатору (поз. 10).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Результат достигается тем, что поступающие воды проходят комплексную обработку в соответствии с принципиальной схемой устройства для очистки и приготовления питьевой воды, представленной на фигуре 1, следующим образом.
Вода из системы водоснабжения поступает в гидродинамический кавитатор (поз. 1), где происходит первичное обеззараживание за счет одновременной обработки потока гидродинамической кавитацией и озоном, который эжектируется в составе озоно-воздушной смеси через невозвратный клапан (поз. 12) из озонирующего элемента. Далее вода поступает в контактную колонну (поз. 2), где обеспечивается необходимое для окисления примесей время контакта и поднимается снизу вверх, при этом воздух и остатки не прореагировавшей озоно-воздушной смеси отводятся через патрубок отвода газов (поз. 14) в атмосферу. После этого через верхние переливные окна (поз. 11) вода подается на гранулированную загрузку фильтра (поз. 3), где происходит отделение взвешенных частиц и механических загрязнителей. Далее поток через нижние переливные окна (поз. 4) проходит зону обработки УФ-излучением (поз. 5), где происходит вторичное обеззараживание УФ-лучами генерируемыми при коронном разряде в озонирующем элементе, а также разложение остаточного озона в воде и поступает к потребителям.
Атмосферный воздух эжектируется через отверстия в диэлектрической крышке (поз. 13) и поступает в кольцевой зазор между центральной трубой (поз. 7) и перфорированным электропроводящим слоем (поз. 9), нанесенным на внутреннюю поверхность стеклянной колбы (поз. 6), которого касаются проводящие перемычки (поз. 8). В кольцевом зазоре за счет коронного разряда, генерируемого посредством высоковольтного трансформатора (поз. 10) создается озоно-воздушная смесь. При этом высокопотенциальным электродом, подсоединенным к высоковольтному трансформатору (поз. 10), является центральная труба (поз. 7), проводящие перемычки (поз. 8) и электропроводящий слой (поз. 9), а низкопотенциальным является электропроводящий корпус устройства также подсоединенный к высоковольтному трансформатору (поз. 10). Далее озоно-воздушная смесь отсасывается из озонирующего элемента через центральную трубу (поз. 7) за счет эжекции, создаваемой гидродинамическим кавитатором (поз. 1).
В результате такого принципа работы устройства постоянно обеспечивается высокое качество питьевой воды и не допускается возможное превышение дозы окислителя.
Таким образом, число, назначение и работа функциональных единиц обеспечивают полное и комплексное решение поставленной задачи.
Предлагаемое изобретение позволит обеспечить качественное приготовление вод питьевого и близкого к ним качества с использованием процессов озонирования, фильтрации и УФ-излучения. Использование предлагаемых устройств для водоснабжения повысит показатели санитарной надежности систем, позволит всегда получать потребителям питьевую воду высокого качества, обеспечит безопасность конечных потребителей и обслуживающего персонала, улучшит экологическую обстановку вследствие отсутствия выбросов хлорсодержащих реагентов и продуктов их распада, снизит энергопотребление и повысит надежность установки за счет полного отказа от озонаторного агрегата, сокращения номенклатуры сменно-запасных частей и потребляемых реагентов. Предлагаемое решение улучшит массо-габаритные показатели систем по приготовлению воды, упростит их конструкцию, снизит строительные и эксплуатационные расходы, позволит комплексно автоматизировать рабочий процесс.