Přenosné zařízení pro úpravu vody Oblast techniky

Technické řešení se týká přístrojů a zařízení pro úpravu vody, především pro úpravu znečištěné vody z přírodních zdrojů, na vodu pitnou. Jedná se o zařízení relativně malá a lehká, u kterých lze počítat i s přemisťováním osobami, a to případně i bez použití dopravních prostředků. Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známa zařízení pro úpravu více či méně znečištěné vody na vodu pitnou, a to s konstrukcemi, upravenými pro zařízení jak velkých rozměrů a výkonů, tak i pro menší zařízení, pro osobní spotřebu vody menšího počtu osob. Taková zařízení jsou vytvořena na bázi filtrace a io následné chemické úpravy, spočívající v dezinfekci vody. Jsou také známa zařízení, kde se používá takového stupně filtrace, že následná dezinfekce chemickými prostředky není nutná. Posledně jmenovaná zařízení jsou založena nejčastěji na principu tzv. reverzní osmózy, kde filtračním členem je membrána se schopností uvedeného osmotického účinku. Voda po projití takovým filtrem je potom, vedle hrubých nečistot, které se většinou oddělují v předřazeném hrubém filtru, aby se omezilo zanášení osmotické membrány, zbavena též jemných frakcí, a to včetně minerálů, bakterií a virů. V takovém stupni vyčištění, který zahrnuje i odstranění většiny škodlivých chemických látek přírodního i umělého původu, je voda použitelná jako pitná voda. Zařízení, pracující na posledně popsaném principu, jsou známa například ze spisů US 5 045 197, US 5 096 574, nebo SE 509 755. Taková zařízení jsou upravena v některých případech i pro použití na úpravu relativně malých množství vody, například pro domácnosti, nebo pro menší lodě, kde se upravuje často mořská voda a kde hlavním účelem je odsolování mořské vody. Zařízení sestávají z hrubého filtru, jednotky pro reverzní osmózu a z čerpacího zařízení na bázi rotačních čerpadel, poháněných zpravidla elektromotorem. Navíc pro promývání jednotky reverzní osmózy bývá třeba bud’ používat upravené čerpadlo s různými výstupy, nebo se používají dvě. oddělená čerpadla, jako je tomu příkladně v provedení, popsaném ve spise SE 509 755, což ovšem činí konstrukci dražší, technicky komplikovanější a také větší a těžší. Případně se počítá s využitím přetlaku ve vodovodní síti, resp. v přívodu vody z vyvýšené nádrže, vytvářející potřebný hydrostatický tlak. Taková zařízení jsou sice vhodná pro aplikaci v domech či na lodích, kdeje k dispozici zdroj energie pro pohon čerpadel, ale pro použití mimo taková stanoviště se zdrojem energie nejsou přizpůsobena, resp. jsou použitelná pouze při přítomnosti agregátů na výrobu elektřiny, nebo při přívodu vody se spádem alespoň 10 až 20 vodního slupce. Elektrické agregáty jsou obecně sice známé a dosažitelné, a to i v relativně malém a lehkém provedení, ale i takové malé agregáty, s výkony řádu jen do stovek wattů, mají obvykle hmotnost okolo 10 kg, což pro přemísťování na delší vzdálenosti, bez použití dopravních prostředků a případně v obtížnějším terénu, činí takové soupravy, obsahující čisticí zařízení se zdrojem energie, prakticky nepoužitelnými. Přívod vody pod tlakem, resp. přívod od nádrže s vyšším spádem, také v mnoha případech nebývá k dispozici.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se v rozhodující míře redukují a zařízení, schopné produkovat pitnou vodu v oblastech, kde jsou k dispozici jen znečištěné zdroje a současně není k dispozici zdroj elektrické energie ani přívod vody s přetlakem, se získává u přenosného zařízení pro úpravu vody, podle předkládaného technického řešení, kde zařízení obsahuje alespoň komponenty z rozsahu vstup surové vody, systém hrubé filtrace, jemný filtr, napájecí ústrojí, promývací zařízení jemného filtru, uzavírací výstupní výplachový ventil, výstup promývací vody s filtrátem a výstup permeátu, a kde podstata spočívá v tom, že vstup surové vody je proveden jako vstupní nádrž s uzavíratelným nalévacím otvorem, systém hrubé filtrace je vytvořen alespoň jako první tlaková nádoba s vyjímatelnou filtrační vložkou z porézního materiálu, zařazená mezi napájecí ústrojí a jemný filtr, jemný filtr je vytvořen jako druhá tlaková nádoba reverzní osmózy, vytvořená s membránou na

- 1 CZ 17414 Ul principu reverzní osmózy a rozdělená touto membránou na vstupní a výstupní komoru, napájecí ústrojí je vytvořeno jako pístové, křídlové, zubové nebo membránové kapalinové čerpadlo, propojené s expanzním tlakovým zásobníkem na svém výstupu, a dále pak promývací zařízení filtrátu je vytvořeno tak, že druhá tlaková nádoba reverzní osmózy má ve své vstupní komoře, vedle vstupu předfiltrované surové vody, vytvořen ještě drenážní a promývací výstup, který je propojen přes drenážní škrticí ventil a/nebo trysku buď zpět do vstupní nádrže, nebo na výstup promývací vody s filtrátem, a současně je propojen, přes uzavírací výstupní výplachový ventil, na výstup promývací vody s filtrátem, přičemž výstup promývací vody s filtrátem a výstup permeátu jsou provedeny jako volná vyústění, upravená pro napojení trubičky ěi hadičky. Kapalinové čerpadlo napájecího ústrojí je s výhodou upraveno pro pohonný vstup od ruční páky nebo od ručního kola, nebo od strojního pohonu s kývavým nebo s rotačním výstupem. Výhodou je, jestliže expanzní tlakový zásobník je opatřen ve své horní části uzávěrem s přetlakovým ventilem. Také je výhodné, jestliže na výstupu z expanzního zásobníku surové vody je zařazen uzavírací zásobníkový ventil. Soustava hrubé filtrace ještě s výhodou obsahuje filtrační sítko na vstupu do kapalinového čerpadla a/nebo filtrační sítko v nalévacim otvoru vstupní nádrže a/nebo uhlíkový filtr v nalévacím otvoru vstupní nádrže. Výhodné je, jestliže zařízení obsahuje alespoň jeden měřič a signalizační orgán tlaku na vstupu do tlakové nádoby reverzní osmózy a/nebo alespoň jeden měřič a signalizační orgán průtoku, a to alespoň průtoku na výstupu permeátu z tlakové nádoby reverzní osmózy. S výhodou komponenty zařízení pro úpravu vody jsou uloženy ve společném pouzdře, opatřeném nalévacim otvorem vstupní nádrže a opatřeném otvory či prohlubněmi pro přístup k ovladačům ventilů a pro pozorování signalizačního orgánu či orgánů. Společné pouzdro je s výhodou opatřeno bočními dvířky, upravenými pro přístup alespoň k čerpadlu a k první tlakové nádobě s vyjímatelnou filtrační vložkou. Alternativně je výhodné, jestliže společné pouzdro je vytvořeno jako nahoře otevřená nádoba, ve které jsou zapuštěny a vyjímatelně upevněny všechny komponenty celého zařízení, přičemž komponenty celého zařízení jsou montovány zespodu na víko otevřené nádoby a/nebo na nosnou strukturu spojenou zespodu s víkem otevřené nádoby a současně s víkem otevřené nádoby je propojeno spojovací ústrojí pro propojení víka s otevřenou nádobou. S výhodou víko otevřené nádoby je opatřeno demontážním držadlem a ovladačem spojovacího ústrojí. Dále je výhodné, jestliže společné pouzdro je vytvořeno jako zploštělý úvar, s tloušťkou v rozmezí od 20 do 80 % šířky tohoto pouzdra, kde společné pouzdro má alespoň na bočních stranách vytvořeno zaoblení celých boků, nebo alespoň zaoblení či sražení hran těchto boků, má vytvořen nalévací otvor vstupní nádrže a otvory ěi prohlubně pro přístup k ovladačům ventilů a pro pozorování signalizačního orgánu či orgánů, a to tak, že tyto otvory či prohlubně jsou vytvořeny na horní straně společného pouzdra nebo ve víku nádoby, tvořící společné pouzdro. Společné pouzdro je s výhodou také opatřeno alespoň jedním transportním držadlem a/nebo ramenními popruhy a/nebo kolečky. S výhodou jako transportní držadlo je upraveno demontážní držadlo. Výhodné je ještě dále, jestliže na ploché straně společného pouzdra je vytvořen boční otvor se spojovacími prostředky pro připojení pohonu na poháněči vstup čerpadla. Také je výhodou, jestliže ve společném pouzdře je uložena první patrona, upravená k uložení zásoby remineralizačních tablet. Podobně je i výhodou, jestliže ve společném pouzdře je, a to v horní ploše tohoto společného pouzdra, nebo ve víku otevřené nádoby, tvořící toto společné pouzdro, vytvořen otvor nebo zapuštěna druhá patrona, a to s úpravou pro uložení poháněči ruční páky nebo kola a/nebo strojního pohonu čerpadla. S výhodou pak ještě na výstup permeátu je nasazena výtoková hadička světlé barvy, zatímco na výstup promývací vody s filtrátem je nasazena výtoková hadička tmavé barvy.

Tímto se dosáhne vytvoření přenosného zařízení pro úpravu vody, kde toto zařízení bude malé, lehké, energeticky nenáročné a především soběstačné a přitom spolehlivé jak z hlediska čistoty permeátu, tak z hlediska technické funkce, bezporuchového chodu a životnosti celého zařízení. Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále podrobněji popsáno a vysvětleno na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schéma zapojení celého zařízení, na obr. 2 je zařízení v

-2CZ 17414 Ul plochém pouzdře v čelním pohledu, na obr. 3 je pak zařízení znázorněné v podélném svislém řezu společného pouzdra, se zviditelněním komponentů, uložených v tomto pouzdře, a na obr. 4 je ještě zařízení ve společném pouzdře, znázorněné v půdorysu.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení pro úpravu vody, v příkladném provedení a ve shodě s předkládaným technickým řešením, obsahuje následující komponenty. Vstup surové vody, systém hrubé filtrace, jemný filtr, napájecí ústrojí, promývací zařízení jemného filtru, uzavírací ventil tlakového expanzního zásobníku surové vody, uzavírací výstupní výplachový ventil, výstup promývací vody s filtrátem a výstup permeátu. Podstatné je, že vstup surové vody je zde proveden jako vstupní nádrž jO s ío uzavíratelným nalévacím otvorem 101, systém hrubé filtrace je vytvořen jako první tlaková nádoba 1 s vyjímatelnou filtrační vložkou z porézního materiálu, zařazená mezi napájecí ústrojí a jemný filtr, jemný filtr je zde vytvořen jako druhá tlaková nádoba 2 reverzní osmózy, vytvořená s membránou 23 na principu reverzní osmózy a rozdělená touto membránou 23 na vstupní komoru 21 a výstupní komoru 22, napájecí ústrojí je vytvořeno jako membránové kapalinové čerpadlo 3, propojené s expanzním tlakovým zásobníkem 3J_ na svém výstupu, a dále pak promývací zařízení filtrátu je vytvořeno tak, že druhá tlaková nádoba 2 reverzní osmózy má ve své vstupní komoře 21, vedle vstupu 211 před filtrované surové vody, vytvořen ještě drenážní a promývací výstup 212, který je zde propojen přes drenážní škrticí trysku 4 zpět do vstupní nádrže 10, a současně je propojen, přes uzavírací výstupní výplachový ventil 5, na výstup 6 promývací vody s filtrátem, přičemž výstup 6 promývací vody s filtrátem a výstup 7 permeátu jsou provedeny jako volná vyústění, upravená pro napojení trubičky či hadičky. Kapalinové čerpadlo 3 napájecího ústrojí je zde s výhodou upraveno pro pohonný vstup od ruční páky 32. Přitom tento pohonný vstup může sloužit i k napojení strojního pohonu, zde neznázorněného, s kývavým výstupem. Expanzní tlakový zásobník 31 je zde opatřen ve své horní části uzávěrem 312 s přetlakovým ventilem. Tato úprava slouží jednak jako pojistka proti nadměrnému přetlaku, jednak je možno po vyšroubování tohoto uzávěru 312 s přetlakovým ventilem provést revizi a čištění tlakového expanzního zásobníku 31. Na výstupu z expanzního tlakového zásobníku 31 surové vody je zde pak ještě zařazen uzavírací zásobníkový ventil 8. Soustava hrubé filtrace zde ještě obsahuje filtrační sítko 311 na vstupu do kapalinového čerpadla 3. Přitom pro čištění surové vody s obsahem ropných látek lze použít ještě uhlíkový filtr, zde neznázoměný, vložený například v nalévacím otvoru 101 vstupní nádrže JO. Zařízení v příkladném provedení obsahuje ještě jeden měřič a signalizační orgán tlaku na vstupu do tlakové nádoby reverzní osmózy, kde měřič a signalizační orgán je proveden jako tlakoměr 9. S výhodou komponenty zařízení pro úpravu vody jsou zde uloženy ve společném pouzdře 100, opatřeném nalévacím otvorem 101 vstupní nádrže 10 a opatřeném otvory 1002 pro přístup k ovladačům ventilů 5, 8 a pro pozorování signalizačního orgánu, zde tlakoměru 9. Společné pouzdro 100 ie zde vytvořeno jako nahoře otevřená nádoba, ve které jsou zapuštěny a vyjímatelně upevněny všechny komponenty celého zařízení, přičemž komponenty celého zařízení jsou montovány zespodu na víko 1001 otevřené nádoby a zčásti i na nosnou strukturu, spojenou zespodu s víkem 1001 otevřené nádoby a současně zde s víkem 1001 otevřené nádoby je propo40 jeno spojovací ústrojí, zde v detailu neznázoměné, pro propojení víka 1001 s otevřenou nádobou. Víko 1001 otevřené nádoby je opatřeno demontážním držadlem 1003 a ovladačem 1004 spojovacího ústrojí. Společné pouzdro 100 je zde vytvořeno jako zploštělý úvar, s tloušťkou rovnou 70 % šířky tohoto pouzdra 100, kde společné pouzdro 100 má na bočních stranách vytvořeno sražení hran těchto boků, má vytvořen nalévací otvor 101 vstupní nádrže 10 a otvory 1002 pro přístup k ovladačům ventilů 5, 8 a pro pozorování signalizačního orgánu, zde tlakoměru 9, a to v takovém provedení, že tyto otvory 1002 jsou vytvořeny ve víku 1001 nádoby, tvořící společné pouzdro J_00. Společné pouzdro 100 je zde také opatřeno jedním transportním držadlem a také ramenními popruhy, pro jednoduchost neznázoměnými. S výhodou jako transportní držadlo je zde tvarováno a dimenzováno demontážní držadlo 1003. Dále pak je zde na ploché straně spo50 léčného pouzdra 100 vytvořen boční otvor 1005 se spojovacími prostředky pro připojení pohonu na poháněči vstup čerpadla 3. Ve společném pouzdře 100 je zde ještě uložena první patrona, upravená k uložení zásoby remineralizačních tablet a také ve společném pouzdře zde je, a to ve

-3CZ 17414 Ul víku otevřené nádoby, tvořící toto společné pouzdro, zapuštěna druhá patrona, a to s úpravou pro uložení poháněči ruční páky pohonu čerpadla, přičemž patrony zde pro zjednodušení nejsou znázorněny, ale jejich konkrétní umístění využívá prázdné prostory mezi ostatními komponenty zařízení ve společném pouzdře 100. Konečně pak ještě na výstup permeátu je zde nasazena první výtoková hadička 1006 světlé barvy, zde v průhledném provedení, zatímco na výstup promývací vody s filtrátem je zde nasazena druhá výtoková hadička 1007 tmavé barvy, zde v černém provedení, což napomáhá spolehlivému rozlišení mezi výstupem permeátu, tedy čisté pitné vody a výstupem znečištěné vody s obsahem filtrátu.

Funkce zařízení je potom následující. Do vstupní nádrže se nalije surová voda, určená k úpravě na pitnou vodu, tato surová voda protéká k čerpadlu, kterým se čerpá pod tlakem v rozmezí od 0,2 MPa do 0,8 MPa (od 2 do 8 barů) přes hrubý filtr, vytvořený na bázi tlakové nádoby s porézní filtrační vložkou, k jemnému filtru, vytvořenému na bázi tlakové nádoby reverzní osmózy, kde první část surové vody, zavedené předtím do vstupní komory tlakové nádoby reverzní osmózy, odtéká, jako promývací voda s charakterem provozní drenáže filtrátu jemného filtru, přes redukční ventil a/nebo trysku zpět do vstupní nádrže nebo do výstupu promývací vody s filtrátem a druhá část surové vody prochází přes osmotickou membránu, dále vstupuje, jako permeát, do výstupní komory tlakové nádoby reverzní osmózy a poté se vede k výstupu permeátu, přičemž dále, v opakovaných cyklech s délkou, určenou získáním permeátu v množství zde příkladně 60 % objemu vstupní nádrže, se provede výplach zbytkového filtrátu ze vstupní komory tlakové nádoby reverzní osmózy. První část surové vody, odtékající ze vstupní komory tlakové nádoby reverzní osmózy jako provozní drenáž filtrátu, tvoří zde 70 % přítoku surové vody do vstupní komory tlakové nádoby reverzní osmózy. Zde je znázorněna právě situace, kdy je i surové vody nedostatek, a tak první část upravované vody, zavedené předtím do vstupní komory tlakové nádoby reverzní osmózy, odtéká, jako provozní drenáž filtrátu jemného filtru, přes redukční trysku, pouze zpět do vstupní nádrže. Celkově je výhodné, a zde v příkladném provedení též aplikované, jestliže čerpání surové vody do tlakového expanzního zásobníku probíhá diskontinuálně, vždy do nejvyššího přípustného natlakování tlakového expanzního zásobníku, zatímco vstup surové vody do první tlakové nádoby s výměnnou filtrační vložkou a následně do druhé tlakové nádoby reverzní osmózy se po uvedeném natlakování spouští a reguluje otevřením uzavíracího ventilu tlakového expanzního zásobníku.

Hospodářská využitelnost

Zařízení je využitelné pro úpravu surové vody, zpravidla z povrchových zdrojů se znečištěním, na pitnou vodu, a to jak slané vody, zpravidla mořské, tak i sladké povrchové, ale znečištěné vody. Zařízení by bylo použitelné analogicky i pro hlubokou filtraci jiných kapalných látek, pokud by byl požadavek na čištění, resp. oddělování na úrovni molekulární a bakteriologické a pokud by se jednalo o látky, které by chemicky nenapadly hmoty, ze kterých by bylo vnitřní zařízení, a případně i pouzdro, vyrobeno.