Устройство для очистки воды от примесей
Устройство для очистки воды от примесей, содержащее камеру для замораживания воды и ее оттаивания, трубопровод для подвода очищаемой воды, трубопровод для слива воды с примесями и трубопровод для слива талой воды, отличается тем, что камера выполнена в виде бассейна, стенки и дно которого снабжены водонепроницаемым покрытием из водонерастворимого материала, при этом, глубина бассейна больше глубины сезонного промерзания грунтов, приемное отверстие трубопровода для слива воды с примесями размещено у дна бассейна, а приемное отверстие трубопровода для слива талой воды размещено над дном бассейна, выше границы сезонного промерзания грунта, при этом, над бассейном выполнено пылезащитное сооружение, включающее стены и крышу, выполненное с возможностью регулируемого теплообмена с окружающей средой. Кроме того, дно бассейна снабжено, по меньшей мере одним приямком, выполненным с возможностью размещения в нем приемного отверстия трубопровода для слива воды с примесями. Кроме того, в пылезащитном сооружении выполнен утепленный отсек для размещения насосного и энергетического оборудования. Кроме того, верхние кромки стенок бассейна размещены на уровне, исключающем приток талых вод извне. Полезная модель обеспечивает повышение производительности устройства для очистки воды от примесей методом вымораживания снижение энергоемкости процесса, за счет использования для замораживания воды естественного холода, а для разморозки естественного тепла, при этом из специального оборудования используются только насосные установки, снабженные соответствующими трубопроводами, обеспечивающими подвод очищаемой воды, слив воды с примесями и слив талой воды. 3 з.п. ф-лы, 1 илл.
Изобретение относится к устройствам для очистки воды от примесей методом вымораживания и может найти применение для получения высокочистой талой воды.
Известно устройство для очистки воды от примесей, содержащее емкость для заполнения неочищенной водой, теплообменник, выполненный по форме плоским и расположенным над верхними слоями воды в емкости, и вспомогательное устройство, выполненное по форме змеевика, огибающего наружную боковую поверхность емкости (см. патент США 
4799945 от 24.01.1989 г.).
Недостатком известного устройства являются большие энергозатраты, обусловленные передачей холода через прослойку воздуха, конструктивная сложность и высокие эксплуатационные расходы.
Известно также устройство для очистки воды от примесей, содержащее камеру для замораживания воды и ее оттаивания, трубопровод для подвода очищаемой воды, трубопровод для слива воды с примесями и трубопровод для слива талой воды (см. патент РФ 2274607, МПК C02F 1/22, 2003 г.).
Недостатком этого устройства, является малая производительность и высокая энергоемкость процесса, кроме того устройство является конструктивно сложным.
Задача полезной модели выражается в повышении производительности устройства для очистки воды от примесей методом вымораживания при снижении энергоемкости процесса очистки.
Достигаемым техническим результатом, при реализации заявленного решения, является повышение производительности устройства для очистки воды от примесей методом вымораживания снижение энергоемкости процесса, за счет использования для замораживания воды естественного холода, а для разморозки естественного тепла, при этом из специального оборудования используются только насосные установки, снабженные соответствующими трубопроводами, обеспечивающими подвод очищаемой воды, слив воды с примесями и слив талой воды.
Указанный результат достигается тем, что устройство для очистки воды от примесей, содержащее камеру для замораживания воды и ее оттаивания, трубопровод для подвода очищаемой воды, трубопровод для слива воды с примесями и трубопровод для слива талой воды, отличается тем, что камера выполнена в виде бассейна, стенки и дно которого снабжены водонепроницаемым покрытием из водонерастворимого материала, при этом, глубина бассейна больше глубины сезонного промерзания грунтов, приемное отверстие трубопровода для слива воды с примесями размещено у дна бассейна, а приемное отверстие трубопровода для слива талой воды размещено над дном бассейна, выше границы сезонного промерзания грунта, при этом, над бассейном выполнено пылезащитное сооружение, включающее стены и крышу, выполненное с возможностью регулируемого теплообмена с окружающей средой. Кроме того, дно бассейна снабжено, по меньшей мере одним приямком, выполненным с возможностью размещения в нем приемного отверстия трубопровода для слива воды с примесями. Кроме того, в пылезащитном сооружении выполнен утепленный отсек для размещения насосного и энергетического оборудования. Кроме того, верхние кромки стенок бассейна размещены на уровне, исключающем приток талых вод извне.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи, а именно повышение производительности устройства для очистки воды от примесей методом вымораживания при снижении энергоемкости процесса очистки.
На фиг.1 схематически изображено заявленное устройство.
На чертеже показаны бассейн 1, стенки 2 и дно 3 которого снабжены водонепроницаемым покрытием 4, нижняя граница 5 глубины сезонного промерзания грунтов, приемное отверстие 6 трубопровода 7 для слива воды с примесями, приемное отверстие 8 трубопровода 9 для слива талой воды, трубопровод 10 для подвода очищаемой воды пылезащитное сооружение, включающее стены 11 и крышу 12, и утепленный отсек 13. Кроме того, показаны приямок 14, возможный уровень 15 притока талых вод извне, гидроизоляционный слой 16 бассейна 1, насосное 17 и энергетическое 18 оборудование, слой льда 19.
Бассейн 1 выполняют известным образом, с использование землеройной техники в летний период, когда грунт разморозится (оттает), дно 3 бассейна формируют на глубине большей глубины сезонного промерзания грунтов на месте сооружения устройства, с учетом необходимости создания гидроизоляционного слоя 16, который формируют известным образом, предпочтительно из глины и слоя бетона. Аналогичные работы проводят и на стенках бассейна. После чего размещают сверху водонепроницаемое покрытие 4. Целесообразно стенкам 2 бассейна придать наклон ко дну 3 меньший угла естественного откоса грунта, что повысит работоспособность бассейна (исключит возможность разрушения стенок). Верхнюю кромку стенок 2 бассейна «поднимают» над уровнем пола пылезащитного сооружения, так чтобы она была выше возможного уровня 15 притока талых вод извне. Объем бассейне составляет порядка 1000 м3, его глубина порядка 2 м, с учетом глубины сезонного промерзания на территории Саха (Якутии) порядка 1,5-1,8 м
Пылезащитное сооружение, включающее стенки 11 и крышу 12, и утепленный отсек 13 создают известным образом в виде ангара, выполненного из многослойных панелей, дерева и т.п. Стены и крыша должны обеспечивать возможность регулируемого теплообмена с окружающей средой (в режиме замораживания воды возможен прямой теплообмен, обеспечивающий подачу холода в неограниченном количестве. В режиме оттаивания теплообмен с окружающей средой может быть слабым, для исключения возможности резкого перегрева воздуха (выше температуры +1,5°С). Его размеры определяются размерами бассейна. В ангаре отгораживают утепленный отсек 13, используя теплоизоляционные материалы для устройства полов, стенок и потолка, например многослойные панели, пенобетоны, дерево и т.п. В утепленном отсеке размещают насосное 17 и энергетическое 18 оборудование, состав и рабочие параметры которого определяются производительностью установки. Целесообразно использовать один насосный агрегат, который через систему вентилей (на чертежах не показаны) может быть сообщен с одним из трубопроводов (7, 9 или 10). Целесообразно, участки трубопроводов, которые могут быть «переморожены» снабдить теплоизоляционным покрытием, выполняемым известным образом или съемными теплоизоляционными кожухами (на чертежах не показаны).
Целесообразно, воздух, во внутрь пылезащитного сооружения, подавать и сбрасывать через систему фильтров (на чертежах не показаны), позволяющих снизить запыленность в помещении и, тем самым, снизить вторичное загрязнение очищаемой воды.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Бассейн полностью заполняют водой до наступления холодов (через трубопровод 10 для подвода очищаемой воды), воду отбирают из ближайшего природного водоема. После начала холодов (падения дневных температур ниже 0) обеспечивают приток холодного воздуха во внутрь пылезащитного сооружения, что обеспечивает его доступ к зеркалу воды в бассейне.
Предел температуры 0°С соответствует температуре начала кристаллизации и перехода молекул воды в лед. При этом, при температуре, начиная с плюс 4,5°С, начинается кристаллизация изотопов водорода - сначала трития, а затем дейтерия, которые в ничтожно малых количествах по отношению к основной массе воды при этой температуре переходят в метастабильно-твердое неактивное состояние и при дальнейшем снижении температуры воды в бассейне 1 эти слои перемещаются по высоте бассейна сверху вниз, охлажденные плотные слои опускаются вниз. Формируемые следующими, слои льда, с ростом его толщины, являются практически очищенными на 60÷70% от дейтерия и трития, а также от вредных химических веществ, если считать их исходную концентрацию за 100%. Примеси же при намораживании льда на теплообменнике перемещаются от зоны кристаллизации вниз, имея большую плотность, и образуют концентрированный канцерогенный и
мутагенный раствор, для кристаллизации которого нужны более низкие температуры, чем 0°С.Поэтому высоту бассейна и принимают такой, чтобы при намораживании слоя льда 19, по объему примерно равного 50÷70%, процесс кристаллизации останавливался в зоне расположенной ниже глубины промерзания грунта. Оставшийся раствор, загрязненный различного рода примесями сливают, через трубопровод 7 для слива воды с примесями. После откачки воды с примесями, процесс останавливают и, либо начинают процесс оттайки сформировавшегося льда подводом тепла от искусственного источника тепла, либо ждут начала теплого времени года, после чего процесс оттайки сформировавшегося льда осуществляют подводом тепла из внешнего пространства, окружающего пылезащитное сооружение.
Процесс оттайки сформировавшегося льда осуществляют при температурах больших 1 и меньших 1,5°С, за счет чего обеспечивается таяние льда содержащего только квазикристаллическую, структурированную биологически активную, без канцерогенов и мутантов, талую воду, которая собирается на дне емкости. После размораживания льда примерно на 93-95% от его общего объема талая вода сливается через трубопровод 9. Оставшиеся в бассейне не размороженные, первичные кристаллики льда, примерно 3-7% от общего объема льда, содержащие в себе около 40÷70% тяжелых изотопов водорода, затем также размораживают и сливают через трубопровод 7. Далее цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет очистить исходную воду от растворенных в ней канцерогенных и мутагенных веществ и газов, а также существенно уменьшить содержание в ней дейтерия и трития, что в конечном итоге позволяет получать биологически активную структурированную воду.
1. Устройство для очистки воды от примесей, содержащее камеру для замораживания воды и ее оттаивания, трубопровод для подвода очищаемой воды, трубопровод для слива воды с примесями и трубопровод для слива талой воды, отличающееся тем, что камера для замораживания воды выполнена в грунте в виде бассейна, стенки и дно которого снабжены водонепроницаемым покрытием из водонерастворимого материала, при этом глубина бассейна больше глубины сезонного промерзания грунтов, предпочтительно не менее 1,5-1,8 м, причем приемное отверстие трубопровода для слива воды с примесями размещено у дна бассейна, а приемное отверстие трубопровода для слива талой воды размещено над дном бассейна, выше границы сезонного промерзания грунта, при этом над бассейном выполнено пылезащитное сооружение, включающее стены и крышу, выполненное с возможностью регулируемого теплообмена с окружающей средой, кроме того, верхние кромки стенок бассейна размещены на уровне, исключающем приток талых вод извне.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дно бассейна снабжено, по меньшей мере, одним приямком, выполненным с возможностью размещения в нем приемного отверстия трубопровода для слива воды с примесями.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в пылезащитном сооружении выполнен утепленный отсек для размещения насосного и энергетического оборудования.
