RU100070U1

RU100070U1 - Установка для очистки и обеззараживания питьевой воды (варианты)

Info

Publication number: RU100070U1
Application number: RU2009107986/15U
Authority: RU
Inventors: Станислав Александрович Косыгин; Валерий Федорович Линючев; Сергей Юрьевич Миронов; Станислав Александрович Мятежников; Михаил Сергеевич Наместников; Дмитрий Анатольевич Санаев; Евгений Викторович Скиданов; Михаил Евгеньевич Скиданов; Сергей Иванович Усакин; Игорь Валерьевич Коврига
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лисскон"
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-12-10

Abstract

1. Установка для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающая установленные в технологической последовательности фильтр грубой очистки, напорный сорбционный фильтр с блоком управления, а также фильтр тонкой очистки и модуль обеззараживания воды, при этом модуль обеззараживания воды установлен до или после фильтра тонкой очистки, отличающаяся тем, что она снабжена напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью и модулем регенерации напорного сорбционного фильтра, включающим емкость для исходной воды, бак с регенерирующим веществом, соединенный с напорным сорбционным фильтром и подключенный к его блоку управления, при этом напорный насос с гидроаккумулирующей емкостью по технологическому циклу расположен между емкостью исходной воды и фильтром грубой очистки, а в качестве сорбента напорного сорбционного фильтра использована смесь из сорбционных материалов природного и синтетического происхождения. ! 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сорбент напорного сорбционного фильтра включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: ! материал природного происхождения 5-10 инертный полимерный материал 5-10 низкоосновный анионит 4-12 ! низкоосновный анионит, импрегнированный ! гумусовыми веществами 4-12 сильнокислотный катионит остальное. ! 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве регенерирующего вещества использован насыщенный раствор поваренной соли или йодсодержащего щелочного раствора, а емкость для исходной воды имеет объем, обеспечивающий возможность проведения, по крайней мере, одного цикла регенерации сорбента. ! 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что н

Description

Изобретения относятся к отрасли производства водоочистных и водоподготовительных сооружений, устройств и агрегатов и могут быть использованы в устройствах многоступенчатой обработки воды, преимущественно для объектов социальной сферы сельских поселений (школы, детские сады, больницы).

Известна установка доочистки питьевой воды, содержащая сорбционно-каталитический фильтр, углесорбционный фильтр, картриджные фильтры, блок ультрафиолетового облучения, бак чистой воды. Кроме того, установка содержит обратноосмотический блок, снабженный байпасной линией, после которого установлен шунгитовый фильтр, заполненный механической смесью дробленного шунгита и активного угля, модифицированного серебром в соотношении один к одному. Применение в фильтрах активного угля, модифицированного серебром, являющегося бактерицидным веществом, а не «чистого» активного угля, обусловлено тем, что установка доочистки питьевой воды может работать с перерывами до 3-5 суток (патент РФ на полезную модель №46498).

Установка может быть использована для получения фасованной питьевой воды, однако не обеспечивает полноценной очистки и не применима на объектах с ограниченной подачей воды.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой группе изобретений является установка очистки и обеззараживания воды, включающая установленные в технологической последовательности фильтр грубой очистки, напорный сорбционный фильтр, дополнительный напорный сорбционный фильтр, фильтр тонкой очистки, ультрафиолетовый облучатель и обратноосмотический блок. При этом напорный сорбционный фильтр в качестве сорбента включает активированный уголь, а в дополнительном напорном сорбционном фильтре в качестве сорбента использован компонент Birm. Оба фильтра снабжены блоками управления, реализующими, по меньшей мере, две функции, одна из которых служит для подачи сверху очищаемой воды, а другая - для подачи воды снизу в режиме промывки. Кроме того, на выходе из обратноосмотического блока расположен аккумулятор очищенной воды с напорным насосом и ультрафиолетовым облучателем, подключенным к выходу напорного насоса. Очищаемая вода поступает на очистку и обеззараживание под магистральным давлением, например, из водонапорной башни (патент РФ на полезную модель №71650).

Известная установка рассчитана на среднюю единичную производительность 250-500 дм³/час в течение ограниченного времени 8-20 час/сутки для компактно расположенных коллективных пользователей, при обеспечении заданного по физико-химическим свойствам качества питьевой воды. Однако установка требует постоянного контроля, особенно при проведении процесса регенерации фильтров. Кроме того, отсутствие емкости с исходной водой способствует снижению надежности установки в режиме эксплуатации, а применение загрузки Birm или активированного угля в качестве сорбента не обеспечивает полноценной очистки воды от солей жесткости, гуматного железа.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа технических решений, является создание вариантов автономной унифицированной энергосберегающей установки для качественной многоступенчатой полноценной очистки и обеззараживания питьевой воды с системой регенерации фильтров, преимущественно предназначенной для использования на объектах с ограниченной подачей воды, а именно объектах социальной сферы сельских поселений.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в повышении качества очищаемой воды различной природы загрязнения (под конкретные исходные водоосточники) за счет оснащения установки средствами, позволяющими производить очистку фильтров в автоматическом или полуавтоматическом режимах. Кроме того, оснащение установки мембранным блоком, снабженным цепью рециркуляции очищаемой воды, позволит существенно снизить энергозатраты на обеспечение расхода воды на входе мембранного блока.

Поставленная задача решается тем, что в установке для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающей установленные в технологической последовательности фильтр грубой очистки, напорный сорбционный фильтр с блоком управления, а также фильтр тонкой очистки и модуль обеззараживания воды, при этом модуль обеззараживания воды установлен до или после фильтра тонкой очистки, согласно 1 варианту технического решения, напорный сорбционный фильтр снабжен модулем регенерации, включающим емкость для исходной воды, бак с регенерирующим веществом, соединенный с напорным сорбционным фильтром и подключенный к его блоку управления, и напорный насос с гидроаккумулирующей емкостью, который по технологическому циклу расположен между емкостью исходной воды и фильтром грубой очистки, при этом в качестве сорбента напорного сорбционного фильтра использована смесь из сорбционных материалов природного и синтетического происхождения, включающая компоненты при следующем соотношении масс.%: материал природного происхождения 5-10, инертный полимерный материал 5-10, низкоосновный анионит 4-12, низкоосновный анионит, импрегнированный гумусовыми веществами 4-12, сильнокислотный катионит - остальное. В качестве регенерирующего вещества может быть использован насыщенный раствор поваренной соли или йодсодержащего щелочного раствора, а емкость для исходной воды имеет объем, обеспечивающий возможность проведения, по крайней мере, одного цикла регенерации и снабжена датчиком уровня, функционально связанным с напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью. В качестве сорбента напорного сорбционного фильтра при этом может быть использована смесь материалов типа «Экософт-микс». Выход напорного сорбционного фильтра снабжен калиброванной шайбой, предназначенной для сброса промывных вод. Модуль обеззараживания воды может быть выполнен в виде ультрафиолетового облучателя или сорбционного фильтра, в качестве сорбента которого использована ионно-обменная смола на основе четвертичного аммониевого соединения, обработанная йодсодержащим раствором. Ультрафиолетовый облучатель при этом представляет собой ультрафиолетовую лампу, размещенную внутри защитного стеклянного цилиндрического кожуха, который установлен коаксиально с цилиндрическим корпусом, выполненным из нержавеющей стали. Фильтр грубой очистки представляет собой закрытый корпус, в нижней, усеченно-конической части которого расположен гидроциклон, а в средней, цилиндрической части - сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде стеклянного диска со сквозными отверстиями, расположенного между двумя эластичными кольцами, при этом нижнее кольцо установлено у основания цилиндрической части корпуса, а верхнее - прижато к стеклянному диску упругой пружиной. Установка снабжена блоком защиты от разбора чистой воды во время регенерации напорного сорбционного фильтра, подключенным к выходу блока управления напорного сорбционного фильтра. Емкость для исходной воды снабжена средством для намагничивания воды, расположенном под днищем емкости с внешней стороны в зоне вентиля для слива осадка и вентилем для слива осадка твердых частиц, при этом емкость размещена на опоре, выполненной с возможностью размещения в ней сорбирующих веществ и установленной под углом для слива осадка. Дополнительно в качестве сорбента использован бактерицид общей формулы R4NIn(n-1)/2H2O, где n -целое нечетное число от 3 до 9, R - органический радикал, N - азот, I - йод, размещенный в нижней части напорного сорбционного фильтра. Установка может быть снабжена емкостью для очищенной воды и мембранным блоком, включающим гидронасос и, по крайней мере, один мембранный модуль, выполненный с возможностью регенерации мембранного элемента, при этом мембранный модуль снабжен цепью рециркуляции концентрата, соединяющей один из выходов мембранного модуля со входом гидронасоса. Емкость для очищенной воды снабжена опорой и дыхательным фильтром или микрофильтром, предотвращающим вторичное бактериальное заражение фильтрата из окружающей воздушной среды. Мембранный модуль снабжен блоком экспресс-контроля бактерицидного состояния воды. Установка может быть снабжена контрольно-измерительной аппаратурой, включающей ротаметры и манометры.

Согласно 2 варианту технического решения, установка для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающая установленные в технологической последовательности фильтр грубой очистки, напорный сорбционный фильтр с блоком управления, а также фильтр тонкой очистки и модуль обеззараживания воды, при этом модуль обеззараживания воды установлен до или после фильтра тонкой очистки, а в качестве сорбента напорного сорбционного фильтра использована смесь, включающая алюмосиликат. Установка снабжена аэрационной колонной, установленной между фильтром грубой очистки и напорным сорбционным фильтром, воздушным компрессором, подключенным к линии, соединяющей фильтр грубой очистки и аэрационную колонну, и напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью, расположенный перед фильтром грубой очистки, при этом смесь сорбента напорного сорбционного фильтра дополнительно включает гидроантрацит при следующем соотношении компонентов, масс.%: алюмосиликат 50-90, гидроантрацит 50-10. Модуль обеззараживания воды при этом может быть выполнен в виде ультрафиолетового облучателя или сорбционного фильтра, в качестве сорбента которого использована ионно-обменная смола на основе четвертичного аммониевого соединения, обработанная йодсодержащим раствором. Ультрафиолетовый облучатель при этом представляет собой ультрафиолетовую лампу, размещенную внутри защитного стеклянного цилиндрического кожуха, который установлен коаксиально с цилиндрическим корпусом, выполненным из нержавеющей стали. Установка снабжена газоразделительной мембраной, расположенной на выходе воздушного компрессора. Фильтр грубой очистки представляет собой закрытый корпус, в нижней, усеченно-конической, части которого расположен гидроциклон, а в средней, цилиндрической части - сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде стеклянного диска со сквозными отверстиями, расположенного между двумя эластичными кольцами, при этом нижнее кольцо установлено у основания цилиндрической части корпуса, а верхнее - прижато к стеклянному диску упругой пружиной. Установка может быть снабжена емкостью для исходной воды, при этом емкость для исходной воды снабжена датчиком уровня, функционально связанным с напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью, или вентилем для слива осадка твердых частиц, при этом емкость размещена на опоре, выполненной с возможностью размещения в ней сорбирующих веществ и установленной под углом для слива осадка. Емкость для исходной воды может быть снабжена средством для намагничивания воды, расположенном на днище емкости с внешней стороны в зоне вентиля, для слива осадка. Установка может быть снабжена емкостью для очищенной воды и мембранным блоком, включающим гидронасос и, по крайней мере, один мембранный модуль, выполненный с возможностью регенерации мембранного элемента, при этом мембранный модуль снабжен цепью рециркуляции концентрата, соединяющей один из выходов мембранного модуля со входом гидронасоса. Емкость для очищенной воды снабжена опорой и дыхательным фильтром или микрофильтром, выполненным с возможностью предотвращения вторичного бактериального заражения фильтрата из окружающей воздушной среды. Мембранный модуль снабжен блоком экспресс-контроля бактерицидного состояния воды. Установка может быть снабжена контрольно-измерительной аппаратурой, включающей ротаметры и манометры.

Группа изобретений поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 представлена гидравлическая схема установки согласно 1 варианту.

На фиг.2.представлена гидравлическая схема мембранного блока установки.

На фиг.3 схематично представлено изображение мембранного блока.

На фиг.4 схематично представлено изображение емкости для исходной воды.

На фиг.5 представлена гидравлическая схема установки согласно 2 варианту.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - емкость для исходной воды;

2 - емкость для очищенной воды;

3 - фильтр грубой очистки;

4 - напорный насос;

5 - гидроаккумулирующая емкость;

6 - напорный сорбционный фильтр;

7 - блок управления напорным сорбционным фильтром 6;

8 - бак регенерации;

9 - фильтр тонкой очистки;

10 - ультрафиолетовый облучатель;

11 - гидронасос;

12 - мембранный модуль;

13 -ротаметр;

14 - манометр;

15 - запорные вентили;

16 - обратный клапан;

17 - датчики уровня;

18 - дренажный выход;

19 - аэрационная колонна;

20 - воздушный компрессор;

21 - расходомер;

22 - электромагнитный клапан;

23 - опора емкости для исходной воды;

24 - средство для намагничивания;

25 - вентиль для слива осадка;

Заявляемая установка представляет собой систему подготовки, фильтрации, очистки и обеззараживания питьевой воды, состоящую из блока предварительной очистки и фильтрации (фиг.1, 5) и мембранного блока (фиг.2). При этом установка может быть использована как в условиях наличия проточной воды, так и при отсутствии таковой. В наиболее полной комплектации установка содержит емкости с исходной 1 и очищенной 2 водой. Емкость с исходной водой 1 (фиг.4) представляет собой пластиковый или металлический бак, снабженный поплавковыми датчиками уровня 17 («верхним» и «нижним»), функционально связанными с напорным насосом, снабженным гидроаккумулирующей емкостью. Емкость 1 выполнена с возможностью аварийного слива и может использоваться в составе установки как без непосредственного подключения к напорному трубопроводу исходной воды, так и с возможностью такого подключения. При эксплуатации установки в условиях ограниченной подачи воды, емкость для исходной водой 1 устанавливают большого объема, что способствует естественному отстаиванию воды до начала фильтрации. Датчик «верхнего» уровня функционально связан с электромагнитным клапаном, установленным на трубопроводе исходной воды, и обеспечивает заполнение емкости 1 до заданного верхнего уровня. Датчик «нижнего» уровня функционально связан с напорным насосом и обеспечивает защиту напорного насоса от работы по «сухому» ходу. Емкость с исходной водой 1 размещена на опоре 23 под небольшим наклоном от 0 до 5° к горизонтальной плоскости для обеспечения слива осадка. Угол наклона а может регулироваться изменением высоты опорных ножек. Емкость 1 может быть снабжена тонкослойным модулем, обеспечивающим интенсификацию процесса осаждения и выделения из очищаемой воды взвешенных и коллоидных частиц за счет увеличения контактной поверхности осаждения и уменьшения высоты осаждения взвеси. Тонкослойный модуль расположен в нижней части емкости и может быть выполнен в виде наклонно размещенных листов из полиэтиленовой пленки или ПВХ, при этом толщина каждого листа составляет не более 5 мм, расстояние между листами - 50-100 мм, максимальная ширина образуемой ячейки 500 мм, или из гофрированных пластин из стеклопластика, расположенных под углом 50°-60° к горизонтальной плоскости. Емкость 1 снабжена вентилем 25 для слива накопленного осадка. Под емкостью 1 расположен постоянный магнит или электромагнит для обеспечения намагничивания воды в процессе отстаивания и ускорения процесса осаждения ферромагнитных примесей (гидроокиси железа).

Емкость для исходной воды 1 посредством запорной арматуры подключена к напорному насосу 4, соединенному с гидроаккумулирующей емкостью 5. Функционально насос 4 предназначен для выравнивания, сглаживания давления в напорном трубопроводе для более эффективной дальнейшей фильтрации. Конструктивно гидроаккумулирующая емкость 5 представляет собой стальной резервуар со сменной мембраной из пищевой резины и имеет пневмоклапан для закачивания сжатого воздуха.

Выход напорного насоса 4 с гидроаккумулирующей емкостью 5 соединен с фильтром грубой очистки 3, осуществляющим фильтрацию с рейтингом до 30 мкм. Фильтр грубой очистки воды 3 закреплен в трубопроводе и состоит из корпуса, в котором находится стальная сетка с отверстиями в 30 мкм и снабжен дренажным выходом. При этом конструкция фильтра 3 может быть выполнена в соответствии с описанием изобретения по патенту №2213059 (патентообладатель Научно-производственное предприятие "Лисскон"). В данном варианте исполнения фильтр грубой очистки состоит из корпуса с конусообразными верхней и нижней частями и цилиндрической средней частью, при этом в нижней части фильтра расположен гидроциклон. Цилиндрическая часть корпуса состоит из двух частей, соединенных между собой втулкой. Фильтрующий элемент выполнен в виде стеклянного диска со сквозными отверстиями. Над диском расположена защитная сетка. Диск с сеткой установлен в цилиндрической части корпуса между двумя эластичными кольцами, при этом нижнее кольцо установлено у основания цилиндрической части, а верхнее прижато через защитную сетку к стеклянному диску упругой пружиной. Фильтр грубой очистки 3 соединен с напорным сорбционным фильтром 6 через запорный вентиль 15 и устройство защиты напорного сорбционного фильтра 6 от перепада давлений. При реализации установки в соответствии с решением по патенту на полезную модель №71650, выбранным в качестве наиболее близкого аналога, исходная вода может поступать на вход основного напорного сорбционного фильтра как непосредственно через фильтр грубой очистки самотеком, так и через напорный насос, что создает дополнительные трудности в управлении установкой и способствует снижению эффективности фильтрации, так как напорный сорбционный фильтр очищает воду, поступающую с различным давлением. В заявляемом техническом решении вода для фильтрации из емкости для исходной воды 1 или подающего трубопровода в фильтр грубой очистки 3 поступает через напорный насос 4 с гидроаккумулирующей емкостью 5 с постоянным давлением.

Напорный сорбционный фильтр 6 в заявляемой установке снабжен блоком управления 7. При этом, первый вариант исполнения установки предусматривает использование напорного сорбционного фильтра 6, снабженного блоком регенерации 8 (фиг 1), а второй вариант предусматривает использование напорного сорбционного фильтра с алюмосиликатной загрузкой (фиг.5).

Согласно первому варианту, напорный сорбционный фильтр 6 представляет собой фильтр с комбинированной загрузкой, представляющей собой смесь из сорбционных материалов природного и синтетического происхождения, например смесь типа «Экософт-микс» (ECOMIX®). В качестве комбинированной загрузки может быть использована смесь следующего состава при соотношении ее компонентов, масс.%: материал природного происхождения 5-10, инертный полимерный материал 5-10, низкоосновный анионит 4-12, низкоосновный анионит, импрегнированный гумусовыми веществами 4-12, сильнокислотный катеонит - остальное (патент РФ на полезную модель №29672, патентообладатель Митченко Татьяна Евгеньевна). При этом дополнительно в качестве сорбента может быть использован бактерицид общей формулы R₄NI_n(n-1)/2H₂O, где n - целое нечетное число от 3 до 9, R - органический радикал, N - азот, I - йод, размещенный в нижней части напорного сорбционного фильтра. Бактерицид готовят, предварительно обрабатывая ионно-обменную смолу на основе четвертичного аммониевого основания йодсодержащим раствором, обработку ведут до получения бактерицида, при этом раствор готовят путем растворения йода в 0,1-0,4% спиртовой щелочи. Мультикомпонентная смесь реагентов позволяет одновременно производить умягчение и обезжелезивание воды, удалять органические вещества, тяжелые металлы, марганец, алюминий, аммоний, снижать цветность и мутность, а также проводить очистку воды от вирусов и бактерий. Установка по первому варианту, снабжена блоком защиты от разбора чистой воды потребителем во время процесса регенерации напорного сорбционного фильтра. Блок защиты выполнен в виде электромагнитного клапана, установленного непосредственно на выходе чистой воды блока управления напорного сорбционного фильтра.

В корпусе фильтра 6 размещен поддерживающий слой гравия и слой «Экософт-микс», а дренажный выход блока управления фильтра 6 снабжен калиброванной шайбой 21 (гибкая резиновая шайба переменного сечения), обеспечивающей необходимое расширение слоя наполнителя и регулирование скорости потока воды, сбрасываемой в дренаж. Блок управления 7 смонтирован на фильтре 6, и содержит управляющий клапан, входной/выходной штуцеры и пульт управления модулем регенерации. С помощью блока 7 осуществляют управление фильтрацией и регенерацией фильтра 6. Выполнение напорного сорбционного фильтра с комбинированной загрузкой предусматривает наличие модуль регенерации, включающий бак 8, подключенный через блок управления 7 к напорному сорбционному фильтру 6 и емкость для исходной воды 1, обеспечивающего в составе модуля регенерации функцию расширительного бака. При этом бак 8 также соединен с емкостью для исходной воды 1. Регенерация (восстановление свойств) загрузки осуществляется по времени или по объему при пропускании реагента - раствора поваренной соли или йодсодержащего щелочного раствора через сорбент с последующей его промывкой водой. Бак 8 выполнен из полимерного материала с лже-дном и заполнен таблетированной солью. Объем емкости для исходной воды 1 обеспечивает возможность проведения, по крайней мере, одного цикла регенерации сорбента. Напорный сорбционный фильтр 6 с модулем регенерации снабжены дренажным выходом.

Согласно второму варианту (фиг.5), установка дополнительно включает аэрационную колонну 19, предназначенную для обработки водного потока воздухом, подаваемым под давлением, в результате которой происходит окисление растворенных соединений железа (окисление двухвалентного железа до трехвалентного) с последующим осаждением образовавшихся хлопьев окисного железа на сорбенте напорного фильтра 6. При этом напорный сорбционный фильтр 6 в качестве загрузки содержит алюмосиликат и гидроантрацит при следующем соотношении компонентов, масс.%: алюмосиликат 50 - 90, гидроантрацит 50-10. Напорный сорбционный фильтр 6 по второму варианту обеспечивает осветление очищаемой жидкости. Аэрационная колонна 19 установлена между фильтром грубой очистки 3 и напорным сорбционным осветлительным фильтром 6. К линии, соединяющей фильтр грубой очистки 3 и аэрационную колонну 19, подключен воздушный компрессор 20, снабженный газоразделительной мембраной, расположенной на его выходе. Между аэрационной колонной 19 и напорным сорбционным фильтром 6 размещен расходомер 21. В аэрационной колонне 19, помимо окисления растворенных соединений железа, в процессе аэрации происходит отдувка из воды летучих примесей, в том числе, токсичных и обладающих неприятным запахом, например, сероводорода. Один из вариантов исполнения аэрационной колонны 19 - в виде контактной емкости, выполненной из пищевого полипропилена, армированного стекловолокном, в которую подаются исходная вода и воздух от воздушного безмасляного компрессора 20. К аэрационной колонне также подключен импульсный счетчик воды и манометр, воздушный безмасленный компрессор выполнен с блоком управления. Блок управления компрессором функционально связан со счетчиком воды и компрессором и обеспечивает подачу воздуха в аэрационную колонну пропорционально расходу воды.

Все варианты исполнения установки характеризуются наличием фильтра тонкой очистки 9, подключенного к выходу напорного сорбционного фильтра 6 через электромагнитный клапан, и наличием модуля обеззараживания воды. Фильтр тонкой очистки 9 выполнен со сменным картриджем и обеспечивает возможность очистки воды от механических частиц и избирательную сорбцию йода с рейтингом фильтрации до 5 мкм. Модуль обеззараживания воды может быть подключен как до, так и после фильтра тонкой очистки 9. Возможен вариант использования установки с двумя фильтрами тонкой очистки 9, и подключенным между ними модулем обеззараживания воды. Последний может быть выполнен в виде ультрафиолетового облучателя 10 или сорбционного фильтра, в качестве сорбента которого использована ионно-обменная смола на основе четвертичного аммониевого соединения, обработанная йодсодержащим раствором. Ультрафиолетовый облучатель 10 представляет собой цилиндрический корпус из нержавеющей стали, в котором коаксиально расположен прозрачный защитный кожух, с ультрафиолетовой лампой. Применение облучателя 10 обеспечивает высокую эффективность обеззараживания питьевой воды в отношении широкого спектра микроорганизмов, в том числе вирусов и цист простейших; позволяет полностью или частично отказаться от применения хлора, исключить возможность образования в обрабатываемой воде побочных токсичных и остаточных продуктов, характерных для окислительных методов обеззараживания. Таким образом, этап предварительной очистки завершает обработка воды фильтром тонкой очистки и ультрафиолетовым облучателем.

Все варианты исполнения установки могут быть оснащены мембранным блоком обработки воды, соединенным с блоком предварительной очистки и фильтрации, который завершается либо фильтром тонкой очистки 9 или ультрафиолетовым облучателем 10. В качестве рабочих элементов мембранного блока в зависимости от исходной степени минерализации очищаемой воды могут быть использованы рулонные ультра - и нанофильтрационные, а также обратноосмотические элементы. Ультрафильтрационные элементы особенно эффективны для обработки поверхностных сильномутных вод. Нанофильтрация используется для обработки солоноватых вод с общей минерализацией 1-3 г/дм³. Технология обратного осмоса используется преимущественно для очистки соленых вод с общей минерализацией от 3 до 10 г/дм³ и более. В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода - фильтрат, а все загрязнения - концентрат остаются по другую ее сторону. Таким образом, обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации.

Мембранный блок (фиг.3) включает в себя последовательно подключенные электромагнитный клапан, реле давления, проходные вентили, гидронасос 11, по крайней мере, один мембранный модуль 12, выполненный с возможностью регенерации мембранного элемента, систему вывода фильтрата и концентрата. Гидронасос 11 обеспечивает постоянное давление на входе мембранного модуля 12. Мембранный модуль 12 представляет собой цилиндрический пластиковый или металлический (нержавеющий) корпус, внутри которого расположена мембранный рулонный элемент: ультра-, нано- или обратноосмотический. Корпус снабжен штуцерами подачи воды, отвода фильтрата, концентрата и уплотнительными кольцами. Мембранный модуль может быть изготовлен согласно описанию изобретения к патенту №2216392 (патентообладатель Скиданов Евгений Викторович).

Выход мембранного модуля 12 является выходом чистой воды - фильтрата и соединен через запорную арматуру и ротаметр с емкостью для очищенной воды 2. Кроме этого, мембранный модуль снабжен отводящим каналом для концентрата, трубопровод которого разделен на две ветви, каждая из которых снабжена запорной арматурой и ротаметром 13, при этом одна из ветвей предназначена для слива концентрата в дренажную емкость (канализацию), а другая через обратный клапан подключена ко входу гидронасоса, образуя возвратный трубопровод. Наличие в установке для очистки и обеззараживания воды мембранного блока с площадью мембраны модуля не менее 8,1 м² позволяет производить обессоливание предварительно очищенной на предыдущих этапах воды. Мембранный модуль снабжен системой регенерации мембранного элемента и блоком экспресс-контроля бактериального заражения воды, который представляет собой устройство, состоящее из бактерицидного фильтра, соединенного с реакционной камерой, имеющей горловину для ввода реагентов. Для ускорения реакции камера может быть снабжена узлом перемешивания. Камера имеет выходной патрубок с вентилем. Устройство содержит также регистрирующий прибор. В качестве регистрирующего прибора может быть использован фотоэлектроколориметр. Конструкция блока экспресс контроля бактериального заражения воды может быть изготовлена согласно описанию изобретения к патенту РФ №2286565 (патентообладатели: Скиданов Евгений Викторович, Голец Александр Владимирович).

В процессе эксплуатации мембраны забиваются отложениями солей жесткости и органическими соединениями, что влечет за собой значительное снижение производительности и ухудшение качества получаемого фильтрата. Для устранения этих отрицательных явлений периодически производится химическая мойка мембран. Для ее проведения в составе установки предусмотрена система регенерации мембраны, включающая бак для приготовления моющего раствора, фильтр-сетку для очистки моющего раствора от крупных механических примесей, которые могут вывести из строя напорный насос, напорный насос для обеспечения потока и давления моющего раствора, подаваемого на мембранный блок, комплект арматуры для подключения блока регенерации мембраны к мембранному блоку. В качестве моющего раствора может использоваться фильтрат обратноосмотического модуля или деионизированная вода.

Емкость для очищенной воды 2 представляет собой пластиковый бак, установленный на опоре, снабженный поплавковым датчиком уровня 17, объем которого может быть меньше или равен объему емкости с исходной водой 1, при этом выход из емкости с очищенной водой 2 может быть снабжен краном для отбора воды или подключен к трубопроводу подачи воды потребителю. Емкость для очищенной воды снабжена устройством защиты от перелива и, кроме того, снабжена дыхательным фильтром или микрофильтром, предотвращающим вторичное бактериальное заражение фильтрата из окружающей воздушной среды. Емкость для очищенной воды 2 необходима в случае использования мембранного блока для обеспечения устоявшегося режима работы и является дополнительной опцией в вариантах установки без применения мембранного блока.

Исполнение установки во всех перечисленных вариантах подразумевает наличие контрольно-измерительной аппаратуры, включающей ротаметры 13 и манометры 14, а также предохранительные электромагнитные клапаны 22.

Установка, выполненная по 1 варианту группы технических решений, обеспечивает очистку и обеззараживание воды преимущественно с избыточным содержанием органических веществ, солей жесткости до 20 мг/дм³ и общего железа до 10 мг/дм³.

Установка, выполненная по 2 варианту группы технических решений, обеспечивает очистку и обеззараживание воды преимущественно с избыточным содержанием общего железа - до 20 мг/дм³.

Установка работает следующим образом.

Исходную воду накапливают в емкости исходной воды 1 подачей из подводящего трубопровода или прямым заполнением. В процессе заполнения емкости происходит естественное отстаивание исходной воды, оседание крупных механических примесей. Воду накапливают, ориентируясь по датчику уровня, не допуская перелива. Затем очищаемую воду подают по трубопроводу через запорную арматуру на вход насоса с гидроаккумулирующей емкостью, например на вход системы автоматического водоснабжения серии «Джамбо» (), которые являются поверхностными насосами со встроенным эжектором, сочетающим преимущества центробежных с практичностью самовсасывающих насосов. Происходит выравнивание давления жидкости до необходимого уровня для проведения наиболее эффективного последующего фильтрования.

Затем вода поступает в фильтр грубой очистки, где происходит удаление из воды механических взвесей, осадка и ржавчины. Таким образом, осуществляют предварительную очистку. Так как фильтр грубой очистки снабжен дренажный выходом, то по мере накопления грязевого осадка, фильтр очищают, сливая осадок в любую пригодную емкость.

Вода с постоянным давлением после фильтра грубой очистки подается на вход напорного сорбционного фильтра, блок управления которого регулирует скорость фильтрации, уровень загрязненности и качество регенерации фильтра. При исполнении установки согласно варианту 1 комбинированная загрузка позволяет в одну стадию и в одном аппарате осуществлять умягчение воды и удалять из нее железо, марганец, алюминий, гуминовые вещества, аммоний и, в случае необходимости, ионы тяжелых металлов. В процессе эксплуатации загрузка напорного сорбционного фильтра из смеси природных и синтетических компонентов расслаивается, причем последовательность образующихся слоев обеспечивает максимально эффективное удаление всех примесей. Соотношение компонентов в смеси колеблется в относительно широких пределах и может изменяться в зависимости от состава очищаемой воды. Восстановление сорбционных свойств загрузки осуществляется в автоматическом режиме путем ее регенерации солевым раствором, например, хлористого натрия, и промывки водой. Периодичность регенерации определяется количеством воды, которое может пройти через фильтр до полного истощения фильтрующей среды - сорбента, и рассчитывается с учетом множества факторов, таких как параметры загрузки, качество воды, величины ее расхода и т.д. Непосредственно восстановление свойств загрузки осуществляется при подаче в фильтр водного раствора высокоочищенной поваренной соли (NaCl) за счет обратного замещения накопленных в смоле ионов кальция и магния на ионы натрия. Затем все загрязнения вымываются из фильтра в дренаж.

В случае исполнения установки согласно варианту 2, очищаемая вода обрабатывается потоком воздуха в аэрационной колонне и проходит через алюмосиликатную загрузку напорного сорбционного фильтра.

После прохождения через напорный сорбционный фильтр вода подается на вход фильтра тонкой очистки, где происходит ее окончательная очистка от оставшихся механических примесей, химических загрязнений и, частично, бактерий. Затем воду пропускают через ультрафиолетовый облучатель производительностью не менее 1 м³/час, УФ облучение которого удачно сочетает в себе высокую эффективность воздействия на различные микроорганизмы, отсутствие образования побочных продуктов и безопасность эксплуатации. Затем очищаемую воду вторично подвергают обработке последовательно установленным фильтром тонкой очистки.

В случае выполнения установки с мембранным блоком, воду подвергают более тщательной обработке при помощи мембранного модуля. В результате прохождения через сложную систему предварительной фильтрации, на выходе из фильтра тонкой очистки, вода имеет низкое давление, недостаточное для проведения мембранной очистки. Поэтому на выходе из фильтра тонкой очистки воду пропускают через гидронасос, нагнетающий давление в очищаемой жидкости до уровня, достаточного для проведения очистки. Вода повышенного давления подается на вход мембранного модуля, где происходит глубокая очистка воды методом, например, обратного осмоса. При оптимальных значениях температуры и давления подаваемой воды, степень очистки воды обратным осмосом составляет 95-99%. Разделение воды и содержащихся в ней веществ достигается с помощью полупроницаемой мембраны. Сами мембраны изготавливаются из различных материалов, например, полиамида или ацетатцеллюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микроскопически малые поры этих мембран (размер порядка 0,0001 микрона), могут пройти только молекулы воды и кислорода, а микроорганизмы, растворенные в воде соли и органические соединения и т.п. задерживаются мембраной. Степень очистки воды и связанная с этим производительность зависит от различных факторов, прежде всего от общего солесодержания исходной воды, а также солевого состава, давления и температуры. Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Органические вещества с молекулярным весом более 100-200 а. е. м. удаляются полностью; а с меньшим - могут проникать через мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану. На выходе из мембранного модуля вода собирается в емкость для накопления очищенной воды и может быть направлена потребителю. Концентрат, отфильтрованный в результате применения обратноосмотического метода, на выходе из мембранного модуля частично рециркулируют в трубопровод с исходной водой для повышения энергосбережения установки и повышения общего количества выхода фильтрата, а частично сливают в дренажную емкость. Количество рециркулированной жидкости и слитого концентрата находятся в соотношении 8:1. Выходы концентрата и цепи рециркуляции снабжены ротаметрами для обеспечения контроля за перепадами давления в системе. Расходы концентрата, фильтрата и воды на рециркуляцию определяют по показаниям ротаметров на соответствующем трубопроводе и регулируют вентилями. После прохождения мембранного блока вода скапливается в емкости очищенной воды 2, откуда может быть доставлена потребителю.

Таким образом, в результате обработки исходной воды всеми элементами установки на выходе получают очищенную воду, параметры которой соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Была изготовлена установка для очистки и обеззараживания питьевой воды производительностью от 300 до 500 л/ч, включающая емкость для исходной воды объемом 1000 л, емкость для очищенной воды 500 л, блок предварительной очистки, смонтированный на несущей рамной конструкции для обеспечения мобильности установки. Блок предварительной очистки включал в себя последовательно установленные: насос с гидроаккумулирующей емкостью Джамбо 60/45 производительностью 2 м³/ч, фильтр грубой очистки марки TV 3/4, напорный сорбционный фильтр с комбинированной загрузкой «Экософт-Микс» с блоком управления и регенерационным модулем, фильтр тонкой очистки марки SL 20 и ультрафиолетовый облучатель марки Aquapro UV 6GPM. Установка, выполненная по первому варианту заявляемой группы технических решений, предназначена для использования на объектах социальной сферы сельских поселений (школы, детские сады) с исходными параметрами водоисточников: общее железо - до 10 мг/дм³, общая жесткость - до 20 мг·экв/дм³, окисляемость - до 10 мг/дм³.

Пример 2.

Была изготовлена установка для очистки и обеззараживания питьевой воды производительностью от 300 до 500 л/ч, включающая емкость для исходной воды объемом 1000 л, емкость для очищенной воды объемом 500 л, блок предварительной очистки, смонтированный на несущей рамной конструкции для обеспечения мобильности установки. Блок предварительной очистки включал в себя последовательно установленные: насос с гидроаккумулирующей емкостью Джамбо 60/45 производительностью 2 м³/ч, фильтр грубой очистки марки TV 3/4, аэрационную колонну, напорный осветлительный фильтр со смесью алюмосиликата и гидроантарацита с блоком управления, фильтр тонкой очистки марки SL 20 и ультрафиолетовый облучатель марки Aquapro UV 6GPM. Установка, выполненная по второму варианту заявляемой группы технических решений, предназначена для использования на объектах социальной сферы сельских поселений (школы, детские сады) с исходными параметрами водоисточников: общее железо - до 20 мг/дм³.

Пример 3.

Была изготовлена установка для очистки и обеззараживания питьевой воды производительностью от 200 до 250 л/ч, включающая емкость для исходной воды объемом 1000 л, емкость для очищенной воды объемом 500 л, блок предварительной очистки и мембранный блок, смонтированные на несущих рамных конструкциях для обеспечения мобильности установки. Блок предварительной очистки включал в себя последовательно установленные: насос с гидроаккумулирующей емкостью Джамбо 60/45 производительностью 2 м³/ч, фильтр грубой очистки марки TV 3/4, напорный сорбционный фильтр с комбинированной загрузкой «Экософт-Микс» с блоком управления и регенерационным блоком, фильтр тонкой очистки марки SL 20 и ультрафиолетовый облучатель марки Aquapro UV 6GPM. Мембранный блок включал фильтр тонкой очистки марки SL 20, гидронасос и мембранный модуль. Установка, выполненная по первому варианту заявляемой группы технических решений, предназначена для использования в объектах социальной сферы (школы, детские сады) с исходными параметрами водоисточников: общая минерализация - до 10 г/дм³ (соленые), общая жесткость - до 20 мг·экв/дм³, общее железо - до 10 мг/дм³, окисляемость - до 10 мг/дм³.

Claims

1. Установка для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающая установленные в технологической последовательности фильтр грубой очистки, напорный сорбционный фильтр с блоком управления, а также фильтр тонкой очистки и модуль обеззараживания воды, при этом модуль обеззараживания воды установлен до или после фильтра тонкой очистки, отличающаяся тем, что она снабжена напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью и модулем регенерации напорного сорбционного фильтра, включающим емкость для исходной воды, бак с регенерирующим веществом, соединенный с напорным сорбционным фильтром и подключенный к его блоку управления, при этом напорный насос с гидроаккумулирующей емкостью по технологическому циклу расположен между емкостью исходной воды и фильтром грубой очистки, а в качестве сорбента напорного сорбционного фильтра использована смесь из сорбционных материалов природного и синтетического происхождения.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сорбент напорного сорбционного фильтра включает компоненты при следующем соотношении, мас.%:

материал природного происхождения 5-10 инертный полимерный материал 5-10 низкоосновный анионит 4-12

низкоосновный анионит, импрегнированный

гумусовыми веществами 4-12 сильнокислотный катионит остальное.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве регенерирующего вещества использован насыщенный раствор поваренной соли или йодсодержащего щелочного раствора, а емкость для исходной воды имеет объем, обеспечивающий возможность проведения, по крайней мере, одного цикла регенерации сорбента.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что напорный сорбционный фильтр снабжен калиброванной шайбой, предназначенной для сброса промывных вод.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что модуль обеззараживания воды выполнен в виде ультрафиолетового облучателя или сорбционного фильтра, в качестве сорбента которого использована ионно-обменная смола на основе четвертичного аммониевого соединения, обработанная йодсодержащим раствором.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сорбента напорного сорбционного фильтра использован порошок типа «Экософт-микс».

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр грубой очистки представляет собой закрытый корпус, в нижней усеченно-конической части которого расположен гидроциклон, а в средней цилиндрической части - сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде стеклянного диска со сквозными отверстиями, расположенного между двумя эластичными кольцами, при этом нижнее кольцо установлено у основания цилиндрической части корпуса, а верхнее - прижато к стеклянному диску упругой пружиной.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость для исходной воды снабжена датчиком уровня, функционально связанным с напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена блоком защиты от разбора чистой воды, подключенным к выходу блока управления напорного сорбционного фильтра.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость для исходной воды снабжена вентилем для слива осадка твердых частиц, при этом емкость расположена под углом для слива осадка на опоре, выполненной с возможностью размещения под емкостью сорбирующих веществ.

11. Установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость для исходной воды снабжена средством для намагничивания воды, расположенным под днищем емкости с внешней стороны в зоне вентиля для слива осадка.

12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что напорный сорбционный фильтр содержит дополнительный сорбент, размещенный в нижней части фильтра, в качестве которого использован бактерицид общей формулы R₄NI_n(n-1)/2H₂O, где n - целое нечетное число от 3 до 9, R - органический радикал, N - азот, I - йод.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью для очищенной воды и подключенным после фильтра тонкой очистки или модуля обеззараживания воды мембранным блоком, включающим гидронасос и, по крайней мере, один мембранный модуль, выполненный с возможностью регенерации мембранного элемента, при этом мембранный модуль снабжен цепью рециркуляции концентрата, соединяющей один из выходов мембранного модуля со входом гидронасоса.

14. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена контрольно-измерительной аппаратурой, включающей ротаметры и манометры.

15. Установка по п.5, отличающаяся тем, что ультрафиолетовый облучатель представляет собой ультрафиолетовую лампу, размещенную внутри защитного стеклянного цилиндрического кожуха, который установлен коаксиально с цилиндрическим корпусом, выполненным из нержавеющей стали.

16. Установка по п.13, отличающаяся тем, что емкость для очищенной воды снабжена дыхательным фильтром или микрофильтром, выполненным с возможностью предотвращения вторичного бактериального заражения фильтрата из окружающей воздушной среды.

17. Установка по п.13, отличающаяся тем, что емкость для очищенной воды снабжена опорой.

18. Установка по п.13, отличающаяся тем, что мембранный модуль снабжен блоком экспресс-контроля бактериального заражения воды.

19. Установка для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающая установленные в технологической последовательности фильтр грубой очистки, напорный сорбционный фильтр с блоком управления, а также фильтр тонкой очистки и модуль обеззараживания воды, при этом модуль обеззараживания воды установлен до или после фильтра тонкой очистки, а в качестве сорбента напорного сорбционного фильтра использована смесь, включающая алюмосиликат, отличающаяся тем, что она содержит аэрационную колонну, установленную между фильтром грубой очистки и напорным сорбционным фильтром, воздушный компрессор, подключенный к линии, соединяющей фильтр грубой очистки и аэрационную колонну, и напорный насос с гидроаккумулирующей емкостью, расположенный перед фильтром грубой очистки, при этом смесь сорбента напорного сорбционного фильтра дополнительно включает гидроантрацит при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюмосиликат 50-90, гидроантрацит 50-10.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что модуль обеззараживания воды выполнен в виде ультрафиолетового облучателя или сорбционного фильтра, в качестве сорбента которого использована ионно-обменная смола на основе четвертичного аммониевого соединения, обработанная йодсодержащим раствором.

21. Установка по п.19, отличающаяся тем, что она снабжена газоразделительной мембраной, расположенной на выходе воздушного компрессора.

22. Установка по п.19, отличающаяся тем, что фильтр грубой очистки представляет собой закрытый корпус, в нижней, усеченно-конической, части которого расположен гидроциклон, а в средней цилиндрической части - сменный фильтрующий элемент, выполненный в виде стеклянного диска со сквозными отверстиями, расположенного между двумя эластичными кольцами, при этом нижнее кольцо установлено у основания цилиндрической части корпуса, а верхнее прижато к стеклянному диску упругой пружиной.

23. Установка по п.19, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью для исходной воды и емкостью для очищенной воды.

24. Установка по п.19, отличающаяся тем, что она снабжена контрольно-измерительной аппаратурой, включающей ротаметры и манометры.

25. Установка по п.20, отличающаяся тем, что ультрафиолетовый облучатель представляет собой ультрафиолетовую лампу, размещенную внутри защитного стеклянного цилиндрического кожуха, который установлен коаксиально с цилиндрическим корпусом, выполненным из нержавеющей стали.

26. Установка по п.23, отличающаяся тем, что емкость для исходной воды снабжена датчиком уровня, функционально связанным с напорным насосом с гидроаккумулирующей емкостью.

27. Установка по п.23, отличающаяся тем, что емкость для исходной воды снабжена вентилем для слива осадка твердых частиц, при этом емкость расположена под углом для слива осадка на опоре, выполненной с возможностью размещения под емкостью сорбирующих веществ.

28. Установка по п.23, отличающаяся тем, что емкость для исходной воды снабжена средством для намагничивания воды, расположенным под днищем емкости с внешней стороны в зоне вентиля для слива осадка.

29. Установка по п.23, отличающаяся тем, что она снабжена подключенным после фильтра тонкой очистки или модуля обеззараживания воды мембранным блоком, включающим гидронасос и, по крайней мере, один мембранный модуль, выполненный с возможностью регенерации мембранного элемента, при этом мембранный модуль снабжен цепью рециркуляции концентрата, соединяющей один из выходов мембранного модуля со входом гидронасоса.

30. Установка по п.23, отличающаяся тем, что емкость для очищенной воды снабжена дыхательным фильтром или микрофильтром, выполненным с возможностью предотвращения вторичного бактериального заражения фильтрата из окружающей воздушной среды.

31. Установка по п.23, отличающаяся тем, что емкость для очищенной воды снабжена опорой.

32. Установка по п.29, отличающаяся тем, что мембранный модуль снабжен блоком экспресс-контроля бактериального заражения воды.