АГРЕГАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F9/00 C02F1/78 

Изобретение относится к системам для очистки воды для использования ее в качестве питьевой.

Известен фильтр для механической очистки воды, содержащий сетчатый конусный фильтр, установленный вершиной вниз в цилиндрическом корпусе, патрубки для подачи фильтруемой воды, отвода тяжелых и легких примесей, отвод фильтрата и отводной трубы, соединяющей патрубок подачи фильтруемой воды и отвода фильтрата для периодической промывки сетчатого фильтра /1,2/.

Известный фильтр имеет высокую степень очистки воды, удовлетворяющие требования для использования ее в качестве орошения. Однако использовать ее как питьевую нельзя, так как она не обеззараживается.

Известен также фильтр для очистки воды, в котором в устройстве по первому и второму аналогам последовательно подсоединен одноступенчатый блок биологической очистки воды, выполненный в виде цилиндрической вставки из кварцевого стекла, вокруг которой концентрично размещены, соединенные с электропитанием источники ультрафиолетового излучения и отражатель, а внутри вставки установлена на оси с возможностью вращательного и возвратно-поступательного перемещения под действием потока фильтрата крыльчатка, на которой закреплена ресничная щетка для взаимодействия с внутренней поверхностью кварцевой вставки. При этом при движении вверх крыльчатка вращается по ходу часовой стрелке, а при движении вниз против хода часовой стрелки /3/.

Известная установка обеспечивает биологическое обеззараживание воды, однако чистота очистки в ней не достигает высокого уровня, требуемого для использования ее в качестве питьевой, например, при заборе воде из открытых источников рек, куда сбрасываются промышленные отходы, смываются пестициды, фунгициды, зооциды, гербициды, простые и сложные удобрения и пр. химвещества и сложные соединения под общим названием ЯДЫ.

Целью изобретения является повышения системы очистки воды путем пропускания ее через химические адсорбенты, регенераторы, а также проведение очистки воды в непрерывном потоке путем автоматической замены очистительных патронов без остановки агрегата.

Поставленная цель достигается тем, что в агрегате для очистки воды, содержащем последовательно сообщенные между собой блоки механической и биологической очистки воды, между указанными блоками размещен блок химической очистки воды, выполненный в виде концентрично размещенных горизонтальных цилиндров, внешний из которых на наружной поверхности имеет кольцевые направляющие для взаимодействия с приводными роликами, а в пространстве между цилиндрами установлены двухкамерные гильзы с патрубками, заполненным адсорбентами, /например, активированным углем, окисью алюминия, сульфоуглем и пр. поглотителями/ на крышках которых закреплены с одной стороны впускной, а с другой выпускной патрубки, периодически сообщающиеся через соединительные муфты с патрубками блоков механической и биологической очистки при поворотах цилиндров; тем, что каждая гильза снабжена съемными крышками и имеет внутри перегородку в которой соосно патрубкам /впускному и выпускному/ закреплена труба, на которой установлены, с зазорами между стенками и перегородкой, разновеликие патроны с перфорированными крышками, заполненными однородным или разнородными адсорбентами /с учетом характера химического загрязнения воды, при этом в меньшем патроне закреплена на расстоянии от его днища перфорированная перегородка, а труба размещена с зазорами между днищами стаканов для образования каналов перетекания жидкости через адсорбенты патронов. тем, что муфты соединения патронов блоков механической и биологической очистки с блоком химической очистки выполнены в виде кольцевых "С"-образных в сечении и направленных навстречу друг другу, закрепленных на концах патрубков корпусов при этом внутри неподвижных патрубков блоков механической и биологической очистки воды закреплены кольцевые эластичные камеры сообщенные с источником сжатого воздуха или жидкости под давлением. тем, что кольцевые эластичные камеры выполнены в виде "С"-образной формы, которые при увеличении внутреннего давления приобретают "О"-образную форму; тем, что у "С"-образных эластичных кольцевых камер в местах перекрытия щелевого пространства подвижных и неподвижных муфт предусмотрено утолщение стенки в виде рубца по всему периметру, обеспечивающего функции рессоры для возврата формы камеры в исходное положение и повышение эксплуатационной надежности; тем, что блок химической очистки снабжен электрически управляемым тормозом, на башмаке которого установлен подпружиненный фиксатор, а на наружной поверхности внешнего цилиндра взаимодействующие с роликами выемки и выступы, расположенные в диаметральных плоскостях патронов и гильз; тем, что патрубки блоков механической, химической и биологической очистки воды снабжены отводными патрубками с размещенными на них перед и за ними кранами /задвижками, клапанами/ для возможности отбора воды от одного, двух или трех блоков очистки; тем, что на выходных патрубках МВО, ХВО и БВО вмонтированы специальные водовыпускные устройства для отбора образцов воды для анализа по классическим методам и для сагрегатирования с калориметрами и хроматогрофами, обеспечивающими постоянный или эпизодический контроль за качеством воды;
Указанные признаки не обнаружены в аналогичных устройствах для очистки воды, а их совокупность позволяет обеспечить высокую степень очистки воды в комплексе и автономно от механических, химических и биологических включений с обеспечением обеззараживания.

Это дает основания считать заявленный агрегат соответствующим критериям изобретения, "новизна", "существенные отличия и "положительный эффект".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схема агрегата для очистки воды; фиг. 2 вид по стрелке А, показан вид сбоку на блок химводоочистки; фиг. 3 схема соединения кольцевых камер с источником подачи сжатого воздуха: жидкости под напором: фиг. 4 узел I на фиг. 1, показана соединительная муфта патрубков блока механической и химической очистки воды; фиг. 5 то же, разрез по Б-Б; фиг. 6 показано рабочее положение камер; фиг. 7 то же, показано положение камеры при повороте блока ХВО; фиг. 8 узел II на фиг. 1, изображен тормоз цилиндра блока ХВО, вид сбоку с частичными разрезами; фиг. 9 то же, вид сверху. Внешний цилиндр снаружи по периметру имеет подвижные упоры для отключения реле в цепи питания электродвигателя привода.

Агрегат для очистки воды состоит из последовательно соединенных блоков: механической /МВО/ 1, химической /ХВО/ 2 и биологической /БВО/ 3 очистки воды. Блок 1 механической очистки воды выполнен в виде вертикального цилиндрического корпуса 4, к наклонному днищу 5 которого присоединен патрубок 6 отвода загрязнений и патрубок 7 подачи очищенной воды. Внизу наклонной крышки 8 корпуса установлен вершиной вниз сетчатый фильтрующий конус 9, а сверху закреплены патрубок 10 отвода фильтрата и патрубок 11 отвода легких загрязнений. В патрубках 6, 7 и 11 установлены обратные клапаны 12, 13 и 14. Патрубки 7 и 10 через клапан 15 сообщены обводной трубой 16 с размещенным в ней подвижным шаровым клапаном 17 и обратным клапаном 18. Над обводной трубой установлено фотореле 19 контроля прозрачности воды и патрубок 20, который через запорные клапаны 21, 22 и 23 сообщается с отводной трубой 24. На конце патрубка 20 жестко закреплена кольцевая "С"-образная полумуфта 25 /фиг. 4/, в которой жестко закреплена кольцевая камера 26 /фиг.3, 7/, соединенная пневмопроводом 27 с источником 28 подачи сжатого воздуха. Пневмопровод на участке между источником сжатого воздуха кольцевыми камерами 26, 57 имеет манометр, обратный клапан 28а и электроклапан 28б разгерметизации пневмопровода.

Блок 2 ХВО выполнен в виде концентрично расположенных цилиндров 29 и 30. На наружной поверхности внешнего цилиндра 29 закреплены регулируемые упоры 29а концевого выключателя, кольцевые конусные для самоцентровки направляющие 31 для взаимодействия с коническими опорно-приводными саморегулирующимися роликами 32 и опорными роликами 32а, жестко закрепленными на валу 33 /опорных не показано/, соединенному через редуктор 34 с электродвигателем 35.

В пространстве между цилиндрами установлены гильзы 36, сопряженные друг с другом и цилиндрами. В местах сопряжения гильзы соединены сваркой. Каждая гильза имеет внутри перегородку 37, по центру которой и соосно гильзе закреплена труба 38, на которой с противоположных сторон перегородки съемно установлены разновеликие патроны 39 и 40, заполненные адсорбентами 41 /разными по назначению/.

Патроны закрыты перфорированными крышками 42 и 43, а в меньшем патроне на расстоянии от его днища закреплена перфорированная перегородка 44.

Гильзы с торцов закрыты съемными крышками 45 и 46, в центрах которых закреплены патрубки ввода 47 и выпуска 48 воды, на концах которых закреплены кольцевые "С"-образные полумуфты 49 и 50, конструкция которых аналогична конструкции и размерам полумуфте 25 патрубка 20. Полумуфты 25 и 49 установлены соосно и направлены навстречу друг друга для взаимодействия с кольцевой камерой 26 и при подаче в нее давления.

Патроны 39 и 40 с, разными по свойствам и назначению, адсорбентами 41 установлены в каждой гильзе 36 на патрубке 38 на расстоянии ее от днища и с зазором относительно стенок гильзы, крышки и перегородки 37, а также перфорированной перегородки 44 и днища меньшего патрона для образования каналов перетекания воды сквозь адсорбенты патронов от впускного до выпускного патрубков.

Для точного совпадения положений полумуфт 25 и 49 каждой гильзы блок ХВО снабжен электрически управляемым тормозом 51, на башмаке 52 которого установлен фиксатор 53 с пружиной 54, а на наружной поверхности внешнего цилиндра 29 закреплены регулируемые упоры 29а концевого выключателя и диаметральных плоскостях осей патрубков 20 и 47 образованы конические впадины 54 для взаимодействия с ними фиксатора при повороте цилиндра.

Блок 3 БВО выполнен в виде трубы 55, установленной соосно с патрубком 48, на конце которой закреплена "С"-образная полумуфта 56 с закрепленной в ней кольцевой камерой 57, соединенной пневмопроводом 58, соединенным с пневмопроводом 27 и с источником 28 подачи сжатого воздуха /жидкости/ под давлением, превышающим в 1,5 раза возможный напор внутри камер блоков, а на участке между источником 28 и камерами установлен манометр, обратный клапан /электрический/ 28а и электроклапан 28 б для стравливания давления в пневмопроводе.

Полумуфта 56 направлена навстречу полумуфте 50, расположена соосно смежно с ней для взаимодействия кольцевой камеры 57, закрепленной на полумуфте 56 с полумуфтой 50 при подаче в камеру давления.

На трубе 55 смонтированы отводные патрубки 59 и 60, на которых, а также трубе 50 установлены краны 61, 62, 63 и 64 подачи воды в БВО, минуя БВО прямо из ХВО к потребителю или перекрытия блока ХВО.

Блок биологической очистки может осуществлять очистку воды, пропуская ее через камеру ультрафиолетового облучения через камеру обработки воды ионами серебра с выходом потребителю. Второй канал из камеры УФО вода направляется в камеру обработки воды раствором хлора с последующим выходом потребителю и по третьему каналу, когда вода пропускается только через хлораторную установку.

Выбор одного из вариантов диктуется степенью и особенностью биологического заражения воды.

На первом 59 отводном патрубке смонтирована камера 65 ультрафиолетового облучения /кварцевания/ в виде кварцевой вставки, вокруг которой расположены лампы 66 ультрафиолетового излучения, а внутри подвижно, с вращением по ходу и против хода часовой стрелки с возвратно-поступательным движением от действия потока воды размещена ресничная щетка 67 для очистки внутренней поверхности кварцевой вставки. За камерой отводные патрубки трубой 68 с краном 69 соединены между собой, а за соединением через кран 70 смонтирован ионизатор 71 воды серебром и далее через кран 72 к потребителю. За краном 72 обводные патрубки через кран 73 соединяются между собой.

На втором 60 отводном патрубке через кран 63 смонтирована камера 63а обработки воды раствором хлорной извести, работающая с дозатором известной конструкции, которая через кран 69 сообщается с патрубком 68 и через кран 73, 72 выходом к потребителю.

За кранами 23 патрубков 24, 64, 72, 73 установлены водовыпускные устройства 78 для отбора образцов воды для анализа по мехсоставу, химсоставу и биологической зараженности классическим методом и с анализом воды в динамике на хроматографе методом хроматографирования постоянно или эпизодически.

Агрегат работает следующим образом.

До подачи воды в агрегат герметизируются пространства между полумуфтами МВО-ХВО-БВО посредством создания давления внутри камер 26 и 57, что достигается подачей сжатого воздуха в пневмопровод 27 и 58 с давлением выше возможного давления в системе водоочистки в 1,5 раза.

Затем, очищаемая вода через трубопровод 7 блока 1/МВО/ поступает в корпус 4 на сетчатый конус 4 и очищенная через его отверстия поступает в патрубок 10 отвода фильтрата. Легкие примеси всплывают внутри корпуса 4 вверх и отводятся через патрубок 11 с обратным клапаном 14, а тяжелые примеси /не прошедшие через сетку фильтра/ опускаются вниз на наклонное днище 5 и по нему отводятся через патрубок 6 с обратным клапаном 12.

Периодическая автоматическая очистка сетчатого фильтра производится, по поступающим сигналам реле давления /РД/ внутри корпуса по команде реле времени /РВ/ или по команде фотореле 19, контролирующее степень осветленности воды, подачей воды по патрубку 7 через электроклапан 15 /при закрытых эл. кл. 13 и 21/ в обводную трубу 16, при этом подвижный шаровой клапан 16 через патрубок 10 во внутреннее пространство сетчатого конуса 9 и через его отверстия с большой скоростью проходит в корпус 1, сбрасывая с сетки застрявшие на ней примеси и загрязнения, которые опускаются вниз /или всплывают вверх/ и отводятся через подпружиненный обратный клапан 12 и 14.

Если нет необходимости в химической очистке воды и воду целесообразно после МВО направлять потребителю, перекрывается кран 22 при открытых кранах 21 и 23 и вода отводится в патрубок 24.

Если в воде обнаружены горючесмазочные материалы, остатки азотных, фосфорных, калийных удобрений, гербицидов, ядохимикатов и химпрепаратов сложных и простых отходов промышленности, воду пропускают через блок ХВО, при этом кран 23 перекрывается /при открытых кранах 21 и 22/ и вода через патрубок 20 поступает в ХВО. Соединенные кольцевой камерой 26 полумуфты 25 и 49 при поступлении в нее сжатого воздуха от источника 28 по пневмопроводу 27 герметизируют пространство между полумуфтами. По аналогии соединяются кольцевой камерой 57, в которую поступает воздух по пневмопроводу 58 от источника 28 сжатого воздуха, полумуфты 50 и 56 патрубков 48 и 55 блоков ХВО и БВО.

Фильтрат по патрубку 20 поступает в гильзу 36 и по каналам 74 через перфорированную крышку 42 проходит через адсорбент 41 большого патрона 39 /первого этапа химочистки/, где на поверхность адсорбента адсорбируются масла, химвещества сложных и простых соединений определенной категории химсоединений. В качестве адсорбентов в первом отделении ХВО могут использоваться активированный уголь, окислы алюминия, а также различного рода гранулы-перлит и пр. обладающие адсорбционной способностью. Далее вода по трубе 38 поступает в зазор 75, из которого через перфорированную перегородку 44 проникает в адсорбент 41 второго этапа химводоочистки меньшего патрона 40, перфорированную крышку 43, по каналу 76 поступает в патрубок 48 и через полумуфты 50 и 56, уплотненные /загерметизированные/ кольцевой камерой 57, в трубу 55 блока 3 БВО. В малом патроне, как правило, содержится адсорбент, обладающий избирательной способностью, который адсорбирует полностью химпримеси, а при необходимости и снимает жесткость воды. Во втором патроне целесообразно иметь смесь адсорбентов в составе с сульфоуглем.

При необходимости отвода фильтрата минуя биологическую очистку перекрываются краны 62 и 63 /при открытых кранах 61 и 64/ и вода идет потребителю.

В зависимости от степени и характера загрязнения воды биологической флорой воду, как уже было упомянуто, пропускают или через УФО-хлоратор или УФО-ионатор. При подаче воды на блок 3 БВО перекрываются краны 64 и 63 /при открытых кранах 61 и 62/ и вода поступает по патрубку 59 в кольцевую вставку 65 устройства УФО и пронизывается лучами ламп 66 ультрафиолетового спектра. Одновременно под напором воды ресничная щетка 67, совершая возвратно-поступательное и вращательное движение в двух направлениях снимает осадки и помутнения с внутренней поверхности кварцевой вставки. Далее вода при перекрытом кране 69 трубы 68 и открытом кране 70 поступает в ионизатор 71, где она подвергается ионизации серебром, а затем при открытом кране 72 и закрытом кране 73 поступает потребителю.

Если необходимо произвести хлорирование воды, минуя УФО /ультрафиолетовое облучение/ и ионизацию серебром, перекрывают краны 62, 69 и 72, пропуская воду по отводному патрубку 60 с камерой хлорирования через открытый кран 73 к потребителю.

Если необходимо пропустить воду через камеру УФО и через хлоратор закрывают краны 63, 64, 70, 72, при открытых кранах 62, 69 и 73 вода отправляется к потребителю.

Замена фильтрующих патронов производится следующим образом. Сигнал датчика 77, настроенного на заданный режим токопроводности и по др. показателям, поступает на усилитель, а затем на исполнительный блок /не показано/, который открывает электроклапан 15 МВО и электроклапан 28б ХВО и перекрывает клапаны 13 и 21, т.е. вводит МВО в режим промывки фильтрующего элемента, перекрыв подачу воды в ХВО. Одновременно перекрывается клапан 61, что исключает обратный отток воды с БВО в ХВО. При промывке фильтрующего элемента 9 происходят следующие последовательные операции. Через клапан 28 б стравливается давление в пневмопроводах 27 и 58 и в камерах 26 и 57 давление падает до "0". При этом упругие стенки 26а камер эластичных 26 возвращают в исходное положение /в "С"-образное состояние камеры 26 и 57 с переходом их с полумуфт 49 в полумуфту 25 и с полумуфты 50 в полумуфту 56 /как изображено на фиг. 7/. Вслед за этим по команде РД включается электромотор 35 и через редуктор 34 проварачивает вал 33 с опорно приводными конусовидными роликами 32, на которых опирается барабан 29 через направляющие 31. Опорные конусовидные ролики 32а выполняют функции ведомых роликов. При повороте барабан 29 выступом 29а нажимает на рычаг концевого выключателя /не показано/ и разрывает цепь питания электромотора 35 и этот же двухплечий выключатель включает питание в магнитную катушку 51а электромагнитного тормоза 51. Магнитное поле вводит во взаимодействие с поверхностью барабана 29 тормозной башмак 52, который гасит вращение барабана, вращающегося по инерции. При этом фиксатор 53 пружиной прижат к наружной кромке барабана и при подходе к выямке 53а на корпусе стопорит барабан в таком положении, когда займут соосное положение подвижные полумуфты 49 и 50 с неподвижными полумуфтами 25 и 56. Количество выемок на корпусе столько, сколько гильз в барабане. Вслед за стопорением места положения барабана подается сигнал на включение компрессора 28, на закрытие клапана 28б на открытие клапанов 21 и 13 и закрытие клапана 15, т. е. МВО введен в режим работы. Под напором сжатого воздуха камеры 26 и 57 расплавляются, увеличиваются в объеме и заполняют пространство в подвижных полумуфтах 49 и 50 и уплотненной утолщенной стенкой 26а, выполняющей функции рессоры, герметизируют межполумуфтовые пространства на входе и на выходе впускную и выпускную трубы ХВО. Работа агрегата продолжается, а оператор снимает крышки 45 и 46, снимает с трубы 38 большой 39 и малый 40 патроны с адсорбентами 41, а на их места ставит новые, т.е. перезаряжает патроны отработанного адсорбционного элемента, автоматически выведенного из рабочего процесса.

Применение описанного выше агрегата-регенератора питьевой воды позволяет создать законченный процесс-цикл очистки ее в непрерывном потоке в автоматическом режиме, удовлетворяющий требованиям по чистоте, обезвреживанию химических и бактериологических компонентов, что еще не решают существующие технические средства водоочистки.

Сущность изобретения: агрегат состоит из блока механической очистки воды (МОВ), блока химической очистки воды (ХОВ), блока биологической очистки воды (БОВ). Блоки могут работать как автономно, так и в различных комбинациях. Блок МОВ соединяется с блоком ХОВ через патрубок с кольцевой С-образной муфтой, в которой жестко закреплена эластичная кольцевая муфта, соединенная с пневмопроводом и с источником подачи сжатого воздуха. Блок ХОВ выполнен в виде концентрично расположенных цилиндров. На наружной поверхности внешнего цилиндра закреплены регулируемые упоры для выключения конечного выключателя и кольцевые направляющие для взаимодействия с опорно-приводными и опорными ведомыми коническими роликами. Ролики жестко связаны с валом, который соединен с редуктором, связывающим с электромотором. Между цилиндрами установлены гильзы с перегородками за которыми с обеих сторон установлены патроны с адсорбентом. Гильзы с торцов закрыты крышками, в центрах которых вмонтированы патрубки ввода и выпуска воды, на концах которых закреплены "С"-образные полумуфты. Полумуфты соосно направлены навстречу друг другу для взаимодействия с кольцевой муфтой. 6 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. АГРЕГАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, включающий последовательно соединенные блоки механической, химической и биологической очистки воды с патрубками подвода и отвода фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения качества очистки воды и оперативной замены очистительных элементов в процессе работы агрегата, блок химической очистки воды содержит концентричные горизонтальные цилиндры, внешний из которых снабжен кольцевыми направляющими, гильзы с патронами, заполненными адсорбентом, приводные и опорные ролики, взаимодействующие с направляющими внешнего цилиндра, гильзы снабжены крышками, на которых установлены с одной стороны впускной, а с другой выпускной патрубки, периодически сообщающиеся посредством муфт с патрубками блоков механической и биологической очистки. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения удобства в обслуживании, крышки гильз выполнены съемными, а каждая гильза снабжена внутренней перегородкой и закрепленной соосно с патрубками трубой, проходящей через перегородку с зазором к стенкам и крышкам гильзы, а патроны выполнены разновеликими. 3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что муфты выполнены в виде двух полумуфт, подвижной и неподвижной, имеющих С-образное сечение, между которыми установлена упругая замкнутая оболочка, расширяющаяся при поступлении воздуха. 4. Агрегат по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, упругая оболочка полумуфты выполнена с утолщением в местах, перекрывающих зазор между полумуфтами. 5. Агрегат по пп. 1 4, отличающийся тем, что, с целью обеспечения соосной установки патрубков при замене патронов, блок химической очистки снабжен электротормозом с подпружиненным фиксатором, установленным на башмаке тормоза, а наружная поверхность внешнего цилиндра выполнена с впадинами, взаимодействующими с фиксатором. 6. Агрегат по пп. 1-5, отличающийся тем, что патрубки блоков механической и биологической очистки воды снабжены отводными трубками с кранами для отбора воды. 7. Агрегат по пп. 1-6, отличающийся тем, что, с целью обеспечения проведения анализов на качество классическим методом и методом хроматографирования ее химсостава в непрерывном потоке, на выходных патрубках установлены водовыпуски.