Мобильная малогабаритная водоочистная станция

Мобильная малогабаритная водоочистная станция относится к устройствам для очистки питьевой воды путем окисления, коагуляции и удаления загрязнителей воды в местах, удаленных от систем водоснабжения, например в вахтовых поселках, коттеджах. Станция содержит установку для очистки воды, закрепленную внутри блок-бокса контейнерного типа. В состав установки входят соединенные трубопроводами входной сетчатый фильтр, камера окисления, камера коагуляции, напорный фильтр и накопитель чистой воды. Подача исходной воды может осуществляться из любого водного источника, например из скважины, открытого водоема. Исходная вода через сетчатый фильтр сначала поступает в камеру окисления, а из нее, с помощью насоса, - в эжектор, а потом снова - в камеру окисления. Эти устройства образуют циркуляционный контур. В камере окисления размещен кавитатор, который служит для интенсификации окисления загрязнителей. Камера коагуляции завершает процесс окисления, деструкции и кристаллизации загрязнителей. Из камеры коагуляции вода насосом перекачивается в напорный фильтр. Из напорного фильтра очищенная вода поступает в накопитель чистой воды для нужд потребителя. Для потребителя снаружи блок-бокса установлен водоразборный кран, соединенный трубопроводом через обратный клапан и насос с накопителем чистой воды. Для удаления загрязнителей из напорного фильтра производят его промывку с последующим сбросом грязной промывной воды. Вода для промывки поступает с помощью насоса из накопителя чистой воды. Для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды в полу блок-бокса имеются отверстия. Для удобства транспортировки и перемещения водоочистной станции на крыше блок-бокса закреплены монтажные петли. Водоочистная станция наряду с мобильностью обеспечивает эффективную очистку воды в автономном режиме. 1 н.з. и 7 з.п. ф-лы, 4 илл.

Полезная модель относится к устройствам для очистки воды, а более конкретно - к удалению железа, марганца, разнообразных органических веществ и других загрязнителей из природной, преимущественно подземной, воды путем предварительного окисления кислородом загрязнителей воды и интенсификации дальнейшей очистки воды, и может быть использована, преимущественно, для получения питьевой воды в удаленных вахтовых поселках, коттеджах.

Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используются озонирование [1. Орлов В.А. Озонирование воды. - М.: Стройиздат, 1984. - 88 с.; 2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1981. С.176-177, 180-181.; 3. Патент РФ на изобретение 2228916, МПК С02F 9/04], кавитация [4. Авт. свидетельство СССР 1502481, МПК С02F 1/64], фильтрование [ [3], 5. Патент РФ на полезную модель 35730, МПК В01D 24/48, F16К 15/04; 6. Патент РФ на изобретение 2225243, МПК В01D 24/10, 24/38].

Аналогом для заявляемой установки является автоматическая фильтровальная установка для очистки воды и гидрозатворы для этой установки по патенту РФ 35730 кл. В01D 24/48, F16К 15/04. [5]. Установка содержит фильтр с фильтрующим материалом, систему трубопроводов для подвода и отвода воды, снабженных насосами, обратными клапанами и гидрозатворами, а также устройство для измерения давления, соединенное с фильтром и блоком управления процессом фильтрования.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сути является установка для очистки воды озонированием по патенту на изобретение РФ 2228916, МПК С02F 9/04 [3]. Установка содержит камеру окисления (озонирования) с патрубком подачи исходной воды и трубопроводом для отвода очищенной воды, к которому через насос присоединен напорный фильтр, выполняющий заключительный этап очистки воды. Над камерой окисления установлен эжектор, который связан с генератором озона. Вода из камеры окисления с помощью насоса поступает в эжектор, а из эжектора - в камеру окисления. Эти устройства, соединенные трубопроводом, образуют циркуляционный контур. В камере окисления размещен кавитатор, включенный в циркуляционный контур. Поступившая из эжектора насыщенная озоном и воздухом вода подвергается кавитации, что повышает эффективность очистки воды благодаря интенсификации окисления загрязнителей. Внутри камеры окисления установлен измеритель уровня воды, который взаимодействует с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею, соответственно, нижнего или верхнего заданного уровней. Между насосом и эжектором на трубопроводе циркуляционного контура установлен манометр.

Установка по прототипу обеспечивает эффективную очистку воды от загрязнителей, преимущественно от железа, за счет насыщения исходной воды воздухом, озоном и кислородом и кавитации, которая способствует интенсификации окисления загрязнителей.

Однако предлагаемая по патенту 2228916 установка для очистки воды недостаточно приспособлена для ее перемещения. При транспортировке на новое место, что часто необходимо при эксплуатации установки геологами, нефтяниками и другими мобильными группами потребителей воды, разборка и сборка установки требует существенных затрат времени и других ресурсов. В условиях северных широт с суровым климатом предлагаемая по патенту 2228916 установка требует строительства для нее теплого помещения. Кроме того, дополнительные затруднения возникают, если в вахтовом поселке отсутствует централизованное электроснабжение.

Задача изобретения: создать минимальное по размерам и весу, удобное в транспортировке и в то же время высоконадежное устройство, обеспечивающее эффективную очистку воды в автономном режиме при суровых климатических условиях Севера (например, при температурах воздуха вблизи - 43°С).

Технический результат, позволяющий решить задачу, заключается в обеспечении интенсивного окисления загрязнителей воды, их коагуляции и удаления с одновременной мобильностью станции за счет помещения и надежного закрепления ее внутри малогабаритного блок-бокса.

Задача решена следующим образом.

Как и прототип, заявляемая мобильная малогабаритная водоочистная станция содержит установку для очистки воды. В состав установки входит камера окисления, выполненная из нержавеющей стали, кавитатор, размещенный внутри камеры окисления выше верхнего заданного уровня воды, эжектор и насос, соединенные последовательно между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Установка для очистки воды содержит также измеритель уровня воды, установленный внутри камеры окисления и взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, манометр для контроля давления в системе подачи исходной воды, а также напорный фильтр и второй насос для подачи воды в напорный фильтр.

В отличие от прототипа мобильная малогабаритная водоочистная станция согласно полезной модели дополнительно содержит блок-бокс контейнерного типа, выполненный из листовой стали. Внутри блок-бокса с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды. Отличием является также то, что установка для очистки воды дополнительно содержит входной сетчатый фильтр, соединенный трубопроводом с камерой окисления, камеру коагуляции, соединенную с камерой окисления и через второй насос и обратный клапан с напорным фильтром, накопитель чистой воды с измерителем уровня воды, соединенный через дополнительный, третий, насос и обратный клапан с напорным фильтром, второй манометр, служащий для контроля давления воды в напорном фильтре, вентили для слива воды из камеры коагуляции, напорного фильтра и накопителя чистой воды и гидроклапан для обеспечения сброса грязной промывной воды из напорного фильтра. Кроме этого, пол блок-бокса выполнен с двумя отверстиями: одно для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды, другое - для аварийного сброса воды при переливах или утечках. Снаружи блок-бокса водоочистная станция снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом через насос и обратный клапан с накопителем чистой воды.

В частных случаях камера окисления и камера коагуляции имеют поперечное сечение в виде эллипса и снабжена поплавковым клапаном и переливной магистралью, расположенной выше уровня удержания воды поплавковым клапаном. Для повышения компактности станции насосы закреплены на боковых стенках емкостей, соответственно, на камере окисления, и накопителе чистой воды.

Стены блок-бокса целесообразно выполнить утепленными, например, с помощью минеральной плиты, закрытой оцинкованным листом, а двери - двухстворчатыми. Для обеспечения подъема и спуска блок-бокса при транспортировке крыша блок-бокса снабжена монтажными петлями. Работа станции может быть автоматизирована, для чего станция дополнительно содержит микроконтроллер.

Полезная модель обладает новизной, поскольку в известных источниках информации не выявлено устройств, характеризующихся той же совокупностью признаков, что и заявляемая мобильная малогабаритная водоочистная станция. На фиг.1. показана мобильная малогабаритная водоочистная станция (фото).

На фиг.2 изображен общий вид блок-бокса, в котором размещена водоочистная установка (фото).

На фиг.3 представлена блок-схема установки для очистки воды.

На фиг.4. показаны основные узлы установки для очистки воды, размещенной в блок-боксе: камера окисления, напорный фильтр, накопитель чистой воды, насосное оборудование (фото).

Мобильная малогабаритная водоочистная станция (фиг.1) содержит блок-бокс, в котором с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды.

Корпус блок-бокса (фиг.2) может быть изготовлен из листовой стали (Ст.3 или другой марки с близким качеством) толщиной 2 мм. В полу имеются два технологических отверстия (на фиг.2 не показаны). Одно служит для слива воды (например, чтобы освободить все емкости перед транспортировкой) и для сброса грязной промывной воды, второе - для аварийных ситуаций во избежание замерзания воды в случае внештатных ситуаций.

При перевозке по лесным дорогам, по зимникам, а также в условиях бездорожья любые конструкции подвергаются повышенной опасности. Для исключения поломок должна быть предусмотрена станина сварная (например, из швеллера 12 или 10), которая создает прочность конструкции блок-бокса. Пол выполнен из листовой стали толщиной 3 мм. Поперечные и встроенные по периметру ребра из уголка обеспечивают жесткость всех стенок бокса. Пол и стены утеплены (например, минеральной плитой). Стены после утепления закрываются оцинкованным листом толщиной 0,55 мм.

Для удобства размещения оборудования двери выполнены двухстворчатыми, распашными, общей шириной 1,6 м. При работе станции в штатном режиме с целью энергосбережения используется только одна створка двери. Для максимальной полноты использования площади блок-бокса, удобства размещения (легко проходит в дверь) камера окисления и камера коагуляции выполнены в виде емкостей с эллипсовидным сечением. Эллипсовидная форма сечения камеры окисления позволяет компактно устанавливать комплектующие узлы станции.

Для удобства при транспортировке блок-бокс оснащен четырьмя подвесами (монтажными петлями), обеспечивающими быстрый и надежный подъем и перемещение. Станция легко транспортируется к удаленным местам (например, на вахтовые поселки или в точки ЧС) при помощи вертолета МИ-8 (если нет дорог), а также автомобильным, водным, железнодорожным видами транспорта.

Установка для очистки воды (фиг.3) содержит камеру окисления 1, изготовленную из нержавеющей стали, выполненную в виде закрытой цилиндрической емкости (с сечением в виде эллипса) с крышкой. Камера окисления 1 соединена с камерой коагуляции 2, выполненной из нержавеющей стали в виде закрытой цилиндрической емкости с крышкой с сечением в виде эллипса. Камера коагуляции 2 соединена с напорным фильтром 3, выполненным в виде цилиндрического корпуса с конусообразными крышкой и днищем, который содержит зернистый фильтрующий материал. Напорный фильтр 3 соединен с накопителем чистой воды 4, и с системой автоматической промывки. Очищенная вода отводится от накопителя чистой воды 4 потребителю с помощью насоса 5 и обратного клапана 6. Для удобства потребления воды имеется водоразборный кран 7, соединенный с накопителем чистой воды 4 и смонтированный на наружной стене блок-бокса.

Установка содержит также входной сетчатый фильтр 8, с которым соединена камера окисления 1. Внутри камеры окисления 1 размещен кавитатор 9, измеритель уровня воды 10 и поплавковый клапан 11. Выше уровня удержания воды поплавковым клапаном 11 расположена переливная магистраль 12. На трубопроводе подачи исходной воды установлен манометр 13. Кавитатор 9 соединен с эжектором 14. Камера окисления 1, насос 15, эжектор 14 и кавитатор 9 соединены между собой трубопроводами в циркуляционный контур. Для подачи очищенной воды в напорный фильтр 3 служит насос 16. На трубопроводе, соединяющем камеру коагуляции 2 и напорный фильтр 3, установлены манометр 17 и обратный клапан 18. Внутри накопителя чистой воды установлен измеритель уровня воды 19. Для подачи чистой промывной воды из накопителя чистой воды 4 в напорный фильтр 3 служит насос 20 и обратный клапан 21. Для обеспечения сброса грязной промывной воды из напорного фильтра 3 имеется гидроклапан 22. Камера коагуляции 2, напорный фильтр 3 и накопитель чистой воды 4 снабжены вентилями 23, 24, 25 для слива воды из указанных емкостей. Насосы 5, 15, 16 для компактности могут быть закреплены на накопителе чистой воды 4, камере окисления 1 и напорном фильтре 3 (фиг.4).

Станция работает следующим образом.

Сборка и первичное испытание производятся в заводских условиях, на месте производитель обеспечивает окончательный монтаж, технологические испытания, авторский надзор.

Подача воды для очистки может осуществляться практически из любого водного объекта: из скважины, открытого водоема (река, ручей). Электрооборудование станции может работать как от сети, так и от генератора напряжения (автономного источника электропитания).

Исходная вода поступает через входной сетчатый фильтр 8 в камеру окисления 1, где обогащается кислородом воздуха и освобождается от сопутствующих газов, присутствие которых возможно в подземной воде. Аналогично камере окисления по патенту 2228916, обогащенная воздухом вода по трубопроводу, являющемуся одним из трубопроводов циркуляционного контура, направляется в кавитатор (9), расположенный в камере окисления 1 (фиг.3). Возможно использование любого известного из уровня техники кавитатора, в том числе кавитатора по прототипу, который обеспечивает высокую степень диспергирования воды и воздуха. Турбулентные потоки насыщенной кислородом воздуха воды с большой скоростью вырываются из кавитатора 9 и падают с высоты ~500 мм при высоте емкости ~1 м. Затем вода, прошедшая кавитатор 9, соединяется с остальной частью воды, находящейся в нижней части камеры окисления. Таким образом, обеспечиваются условия для интенсивного смешивания воды с кислородом воздуха. При этом концентрация кислорода, находящегося как в истинно растворенном состоянии, так и в виде мелкодисперсных пузырьков в коллоидном состоянии, достигает максимально высоких значений.

Полученная водогазовая смесь многократно циркулирует через эжектор 14 и кавитатор 9 благодаря насосу 15. При этом манометром 13 автоматически контролируются давление и уровень воды в системе, что исключает возникновение внештатных ситуаций, так как устройство автоматически отключается в случае нарушения заданного режима работы. Управление может быть осуществлено с помощью микроконтроллера. Верхний заданный уровень определяется, исходя из местоположения кавитатора 9 и объема камеры окисления 1. Обычно уровень воды составляет половину объема камеры 1. В случае перелива исходной воды поплавковый клапан 11 поднимается, открывая переливную магистраль, и лишняя вода сливается из камеры окисления 1. Обработанная в камере окисления 1 вода поступает в камеру коагуляции 2, где находится около 60 мин. для завершения процессов окисления, деструкции, кристаллизации и коагуляции.

После достижения желаемого эффекта система с помощью гидравлических клапанов и затворов (не показаны) переключается на перекачивание воды насосом 16 в напорный фильтр 3 для удаления осадка (преимущественно железосодержащего). Фильтр 3 работает в автоматическом режиме, длительность фильтроцикла и регенерации задаются на основании контролируемых показателей. Очищенная вода направляется в накопитель чистой воды 4, из которого поступает к потребителю через водоразборный кран 7.

По мере загрязнения напорного фильтра 3 осуществляют промывку. Вода для промывки поступает из накопителя чистой воды 4 с помощью насоса 20 и обратного клапана 21. Грязная после промывки вода сливается через гидроклапан 22.

При необходимости транспортировки станции вода из всех ее узлов удаляется через сливные вентили 23, 24, 25 и сливается из насосов 5, 15, 16, 20 после разгерметизации фланцев, указанных в инструкции по эксплуатации. Перед транспортировкой проверяется надежность крепления оборудования, при необходимости подтягивается крепеж. Подъем и перемещение станции осуществляется при помощи разборных такелажных скоб диаметром 25 мм, каждая из которых выдерживает нагрузку 2 тонны.

Изобретение промышленно применимо. Устройство прошло не только опытную отработку процесса, но и испытания в производственных условиях, которые показали высокую (90% и более) степень очистки воды от загрязнителей. Достоинством заявляемой установки для очистки воды является возможность эксплуатации в труднодоступных местах. Устройство прошло испытания и успешно эксплуатируется на скважинах в вахтовых поселках на севере Томской области и в коттеджах Томского района. При малых габаритах (ширина бокса 1,8 м; длина 2,5 м; высота 2,2 м) и общем весе (вместе с боксом), не превышающем 2 т, обеспечивается производительность до 6 т очищенной воды в сутки. Станция сохраняет работоспособность практически в любых климатических условиях: может работать в температурном диапазоне от -43°С до +40°С. При низких отрицательных температурах риск замерзания воды в оборудовании устраняется электрообогревом бокса (например, путем размещения внутри изделия электрических тенов, подключенных к электропитанию и к прибору контроля и поддержания температуры).

1. Мобильная малогабаритная водоочистная станция, содержащая установку для очистки воды, в состав которой входит камера окисления, выполненная из нержавеющей стали, кавитатор, размещенный внутри камеры окисления выше верхнего заданного уровня воды, эжектор и насос, соединенные последовательно между собой трубопроводами в циркуляционный контур; измеритель уровня воды, установленный внутри камеры окисления и взаимодействующий с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, манометр для контроля давления в системе подачи исходной воды; а также напорный фильтр и второй насос для подачи воды в напорный фильтр, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок-бокс контейнерного типа, выполненный из листовой стали, внутри которого с помощью закладных деталей закреплена установка для очистки воды, при этом сама установка для очистки воды дополнительно содержит входной сетчатый фильтр, соединенный трубопроводом с камерой окисления, камеру коагуляции, соединенную с камерой окисления и через второй насос и обратный клапан с напорным фильтром, накопитель чистой воды с измерителем уровня воды, соединенный через дополнительный третий насос и обратный клапан с напорным фильтром, второй манометр, служащий для контроля давления воды в напорном фильтре, вентили для слива воды из камеры коагуляции, напорного фильтра и накопителя чистой воды и гидроклапан для обеспечения сброса грязной промывной воды из напорного фильтра, кроме этого, пол блок-бокса выполнен с отверстиями для слива воды из всех емкостей и слива грязной промывной воды, а снаружи блок-бокса водоочистная станция снабжена водоразборным краном, соединенным трубопроводом через обратный клапан и насос с накопителем чистой воды.

2. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что камера окисления и камера коагуляции имеют поперечное сечение в виде эллипса.

3. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что камера окисления снабжена поплавковым клапаном и переливной магистралью, расположенной выше уровня удержания воды поплавковым клапаном.

4. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что пол и стены блок-бокса утеплены, например, с помощью минеральной плиты, закрытой оцинкованным листом.

5. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что двери блок-бокса выполнены двухстворчатыми.

6. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что крыша блок-бокса снабжена монтажными петлями для обеспечения подъема и спуска блок-бокса при транспортировке.

7. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что для повышения ее компактности насосы закреплены соответственно на камере окисления, напорном фильтре и накопителе чистой воды.

8. Мобильная малогабаритная водоочистная станция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит микроконтроллер для автоматического управления работой станции.