Установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников Российский патент 2004 года по МПК E03B3/04 C02F1/00 

Изобретение относится к водоснабжению и предназначено для добывания воды из поверхностных источников и безреагентной очистки ее непосредственно в этих источниках.

Известны водозаборно-очистные устройства, в которых обеспечивается безреагентная очистка воды (см. Чудновский С.М., Степанов А.И., Мезенева Е.А. Водозаборные сооружения из поверхностных источников. Учебное пособие. - Л.: СЗПИ, 1989, с. 23-40; авт. св. № 1528873, кл. Е 03 В 3/32, 1989). Эти устройства не обладают технологической гибкостью, так как в них не предусмотрено изменение методов очистки воды в зависимости от изменения показателей качества исходной воды, поступающей в устройства.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая открытый сверху корпус с флотационной зоной, оборудованной перфорированной трубчатой системой, соединенной напорным трубопроводом с напорным баком, который трубой уменьшенного диаметра соединен с напорным патрубком насоса, самотечную трубу для отвода чистой воды, трубу для подачи воды потребителям, береговой колодец, в первом отделении которого расположены задвижка и трубопроводы, а во втором отделении - приемный клапан и всасывающая труба насоса (см. RU, патент № 2095524, кл. Е 03 В 3/32, 1997). Недостатком этой установки также является отсутствие технологической гибкости, так как в ней не предусмотрено изменение методов очистки воды в зависимости от изменения показателей качества исходной воды, поступающей в установку. Кроме того, в установке не предусмотрено удаление загрязнений, оседающих на ее дно, что усложняет ее эксплуатацию.

Целью изобретения является повышение технологической гибкости, уменьшение эксплуатационных затрат, упрощение эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в установке для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащей открытый сверху корпус с флотационной зоной, оборудованной перфорированной трубчатой системой, соединенной напорным трубопроводом с напорным баком, который трубой уменьшенного диаметра соединен с напорным патрубком насоса, самотечную трубу для отвода чистой воды, трубу для подачи воды потребителям, береговой колодец, в первом отделении которого расположены задвижка и трубопроводы, а во втором отделении - приемный клапан и всасывающая труба насоса, в первом отделении берегового колодца дополнительно расположены задвижки, береговой колодец дополнительно содержит третье отделение, установка дополнительно содержит компрессор, соединенный воздухопроводом с напорным баком и соединительной трубой с напорным трубопроводом, который соединен с трубой подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы, расположенной вертикально в центре корпуса и соединенной в верхней части с трубой для отвода водовоздушной смеси с осадком в третье отделение берегового колодца, блок датчиков качества воды с трубой, подводящей воду из источника, соединенный проводником с одним из входов блока автоматического управления, другой вход которого соединен проводником с датчиком уровня воды, расположенным в нижней части второго отделения берегового колодца, а выходы соединены проводниками с пусковыми устройствами компрессора, насоса и исполнительными механизмами электрифицированных задвижек, расположенных на напорном трубопроводе, самотечной трубе отвода очищенной воды, трубе подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы, трубе отвода водовоздушной смеси с осадком, соединительной трубе, трубе уменьшенного диаметра, трубе подачи воды потребителям и на воздухопроводе.

Наличие в установке компрессора со своими связями позволяет повысить технологическую гибкость установки, так как обеспечивает возможность очистки воды в двух режимах: в режиме аэрации и в режиме флотации, а также осуществлять режим удаления осадка со дна корпуса. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить эксплуатационные затраты, так как обеспечивает возможность для каждого конкретного случая выбрать оптимальный режим очистки воды и предотвратить осложнения, связанные с накоплением осадка на дне корпуса.

Включение в схему установки блока датчиков качества воды со своими связями также позволяет повысить технологическую гибкость установки, так как обеспечивает автоматический выбор четырех режимов (забор воды без очистки, забор воды и очистка аэрацией, забор воды и очистка флотацией, удаление осадка со дна корпуса). Кроме того, обеспечивается оптимальное автоматическое управление этими режимами, переключение с одного режима на другой, предотвращается возможность выхода из строя насоса при понижении уровня воды во втором отделении берегового колодца ниже допустимого. Это, в свою очередь, также уменьшает эксплутационные затраты за счет, например, уменьшения количества обслуживающего персонала и упрощает эксплуатацию за счет повышения надежности установки.

На чертеже изображена схема установки для забора и очистки воды. Установка содержит открытый сверху корпус 1, который устанавливают на дно водоисточника на плите или, при необходимости, заглубляют в дно. Верхняя кромка корпуса 1 должна располагаться под минимальным уровнем воды в водоисточнике ▿min УВ. Внутри корпуса располагаются перфорированная трубчатая система 2, предназначенная для выпуска воздуха или водовоздушной смеси, и эрлифтная труба 3, которая используется для периодической очистки дна 4 корпуса 1 от осадка. Перфорированная трубчатая система 2 соединена с напорным трубопроводом 5 (для подачи воздуха или водовоздушной смеси). Эрлифтная труба 3 соединена в нижней части корпуса 1 (у дна 4) с трубой подачи воздуха 6 , а в верхней части с трубой 7, предназначенной для отвода водовоздушной смеси с осадком, удаляемым со дна 4. Труба подачи воздуха 6 соединена с напорным трубопроводом 5.

Установка также содержит береговой колодец 9 и наземный павильон 10. Береговой колодец 9 состоит из трех отделений, разделенных перегородками. В первом отделении 11 размещаются задвижки с электроприводами 12, 13, 14 и 15.

Второе отделение 16 берегового колодца 9 предназначено для сбора очищенной воды. В это отделение введена самотечная труба 8 для отвода очищенной воды из корпуса 1. В нем расположен приемный клапан 17, подсоединенный к нижней части всасывающей трубы 18. Третье отделение 19 колодца 9 представляет собой емкость для сбора и накопления осадка, удаляемого со дна 4 корпуса 1.

В павильоне 10 располагаются: насос 20, напорный бак 21, компрессор 22 и блок автоматического управления 23. К всасывающему патрубку насоса 20 подсоединена всасывающая труба 18. К напорному патрубку насоса 20 подсоединены труба для подачи воды потребителям 24 с электрифицированной задвижкой 25 и труба уменьшенного диаметра 26 с электрифицированной задвижкой 27. К напорному баку 21 подсоединены труба уменьшенного диаметра 26, воздухопровод 28 с электрифицированной задвижкой 29 и напорный трубопровод 5. К компрессору 22 подсоединены воздухопровод 28 и соединительная труба 30 с задвижкой 31, которая с другой стороны соединена с напорным трубопроводом 5.

Внутренний диаметр трубы 26 должен быть меньше внутреннего диаметра трубы 24 с таким расчетом, чтобы по трубе 26 пропускалось 10-15%, а по трубе 24 соответственно 90-85% от общего объема воды, подаваемого насосом 20. Это требуется для обеспечения нормальных режимов напорной флотации.

Блок автоматического управления 23 соединен проводниками с приводами электрифицированных задвижек 12 (расположена на трубе отвода водовоздушной смеси с осадком 7), 13 (расположена на самотечной трубе отвода очищенной воды 8 ), 14 (расположена на напорном трубопроводе 5), 15 (расположена на трубе 6 подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы 3), 25 (расположена на трубе для подачи воды потребителям), 27 (расположена на трубе уменьшенного диаметра 26), 29 (расположена на воздухопроводе 28) и 31 (расположена на соединительной трубе 30), пусковыми устройствами насоса 20 и компрессора 22, блоком датчиков качества воды 32, который соединен с трубой подвода исходной воды 33. Кроме того, блок автоматического управления 23 соединен проводником с датчиком уровня воды 34, расположенным в нижней части второго отделения берегового колодца 9.

Установка работает следующим образом.

При подаче сигналов от блока датчиков качества воды 32 в блок автоматического управления 23, показывающих, что качество воды в источнике соответствует установленным требованиям, обеспечивается режим забора воды из водоисточника без очистки. При этом закрываются задвижки 12, 14, 15, 27, 29 и 31; отключен компрессор 22, открыты задвижки 13 и 25; включен насос 20. Вода при работающем насосе 20 поступает сверху в корпус 1 и по трубе 8 - во второе отделение 16 берегового колодца 9, откуда через приемный клапан 17 и всасывающую трубу 18 насосом 20 подается в трубу 24, по которой направляется к потребителям.

При подаче сигналов от блока датчиков качества воды 32 в блок автоматического управления 23, показывающих, что качество воды в источнике соответствует критериям, при которых требуется очистка воды аэрацией, обеспечивается режим аэрации. При этом закрыты задвижки 15, 12, 29, 27, открыты задвижки 14, 25, 31 и 13; включены компрессор 22 и насос 20. Воздух от компрессора 22 поступает по трубам 30 и 5 в перфорированную трубчатую систему 2, откуда равномерно распределяется в объеме, расположенном выше системы 2 в корпусе 1. При этом вода поступает из водоисточника в корпус 1, движется сверху вниз, далее по трубе 8 поступает во второе отделение берегового колодца 9, откуда через приемный клапан 17 и трубу 18 насосом 20 подается в трубу 24, по которой направляется потребителям. В процессе аэрации в корпусе 1 в объеме, расположенном выше системы 2, происходит окисление воздухом веществ, подлежащих удалению из воды (например, ионов железа). Образовавшиеся в результате окисления агрегаты (хлопья) оседают на дно 4 корпуса 1.

При подаче сигналов от блока датчиков качества воды 32 в блок автоматического управления 23, показывающих, что качество воды в источнике соответствует критериям, при которых требуется очистка воды флотацией, обеспечивается режим флотации. При этом закрыты задвижки 15, 12, 31; открыты задвижки 14, 29, 27, 13 и 25; включены компрессор 22 и насос 20. Воздух от компрессора 22 поступает по воздухопроводу 28 в напорный бак 21. Кроме того, в этот же бак направляется часть очищенной воды по трубе уменьшенного диаметра 26. В напорном баке 21 под давлением, которое обеспечивается насосом 20 и компрессором 22, образуется водовоздушная смесь, которая по напорному трубопроводу 5 поступает в перфорированную трубчатую систему 2 и затем равномерно распределяется в объеме корпуса 1, расположенном выше системы 2 (флотационная зона). За счет перепада давлений в напорном баке 21 и в водоисточнике в указанном объеме образуется большое количество мелких пузырьков воздуха, которые обеспечивают процесс напорной флотации (см. Справочник по очистке природных и сточных вод/ Л.Л. Пааль и др. - М.: Высшая школа, 1994, с. 102-103; RU, патент на изобретение № 2142419, кл. C 02 F 1/24, 1/52, 1998).

Удаление осадка осуществляется периодически в автоматическом режиме через определенные промежутки времени T₁. При этом на время удаления осадка прекращаются процессы очистки воды (аэрацией или флотацией) и не прерывается подача воды потребителям. При удалении осадка открыты задвижки 31, 15, 12, 25; закрыты задвижки 13, 29, 27 и 14; включены компрессор 22 и насос 20. Удаление осадка обеспечивается методом эрлифта (см. Беляков В.М. и др. Учебная книга мастера по бурению скважин на воду. - М.: Колос, 1976, с. 327-328). Прекращается удаление осадка через заданный промежуток времени Т₂ либо при понижении уровня воды во втором отделении берегового колодца 9 до минимальной отметки ▿min В первом случае закрываются задвижки 31, 12, 15 и отключается компрессор 22. Во втором случае (аварийный режим) по сигналу датчика уровня воды 34 блок автоматического управления 23 отключает задвижки 31, 12, 15, компрессор 22 и насос 20. Автоматическое включение установки (после аварийного режима) осуществляется по сигналу датчика уровня воды 34, когда уровень воды во втором отделении берегового колодца 9 достигнет верхней отметки ▿max. Удаление осадка из третьего отделения берегового колодца производится одним из известных способов.

По сравнению с прототипом установка по изобретению обладает следующими преимуществами:

обеспечивается гибкая технология забора и очистки воды;

уменьшаются эксплуатационные затраты;

упрощается эксплуатация.

Изобретение можно использовать для технического и питьевого водоснабжения. Установки могут быть заводского серийного изготовления.

Изобретение относится к водоснабжению и предназначено для добывания воды из поверхностных водных источников и безреагентной очистки ее непосредственно в этих источниках. Установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников содержит открытый сверху корпус с флотационной зоной, оборудованной перфорированной трубчатой системой, соединенной напорным трубопроводом с напорным баком, который трубой уменьшенного диаметра соединен с напорным патрубком насоса, самотечную трубу для отвода чистой воды, трубу для подачи воды потребителям, береговой колодец, в первом отделении которого расположены задвижка и трубопроводы, а во втором отделении - приемный клапан и всасывающая труба насоса. В первом отделении берегового колодца дополнительно расположены задвижки. Береговой колодец дополнительно содержит третье отделение, установка дополнительно содержит компрессор, соединенный воздухопроводом с напорным баком и соединительной трубой с напорным трубопроводом, который соединен с трубой подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы, расположенной вертикально в центре корпуса и соединенной в верхней части с трубой для отвода водовоздушной смеси с осадком в третье отделение берегового колодца, блок датчиков качества воды с трубой, подводящей воду из источника, соединенный проводником с одним из входов блока автоматического управления, другой вход которого соединен проводником с датчиком уровня воды, расположенным в нижней части второго отделения берегового колодца, а выходы соединены проводниками с пусковыми устройствами компрессора, насоса и исполнительными механизмами электрифицированных задвижек, расположенных на напорном трубопроводе, самотечной трубе отвода очищенной воды, трубе подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы, трубе отвода водовоздушной смеси с осадком, соединительной трубе, трубе уменьшенного диаметра, трубе подачи воды потребителям и на воздухопроводе. Техническим результатом является повышение технологической гибкости, уменьшение эксплуатационных затрат, упрощение эксплуатации. 1 ил.

Установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая открытый сверху корпус с флотационной зоной, оборудованной перфорированной трубчатой системой, соединенной напорным трубопроводом с напорным баком, который трубой уменьшенного диаметра соединен с напорным патрубком насоса, самотечную трубу для отвода чистой воды, трубу для подачи воды потребителям, береговой колодец, в первом отделении которого расположены задвижка и трубопроводы, а во втором отделении - приемный клапан и всасывающая труба насоса, отличающаяся тем, чтов первом отделении берегового колодца дополнительно расположены задвижки, береговой колодец дополнительно содержит третье отделение, установка дополнительно содержит компрессор, соединенный воздухопроводом с напорным баком и соединительной трубой с напорным трубопроводом, который соединен с трубой подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы, расположенной вертикально в центре корпуса и соединенной в верхней части с трубой для отвода водовоздушной смеси с осадком в третье отделение берегового колодца, блок датчиков качества воды с трубой, подводящей воду из источника, соединенный проводником с одним из входов блока автоматического управления, другой вход которого соединен проводником с датчиком уровня воды, расположенным в нижней части второго отделения берегового колодца, а выходы соединены проводниками с пусковыми устройствами компрессора, насоса и исполнительными механизмами электрифицированных задвижек, расположенных на напорном трубопроводе, самотечной трубе отвода очищенной воды, трубе подачи воздуха в нижнюю часть эрлифтной трубы, трубе отвода водовоздушной смеси с осадком, соединительной трубе, трубе уменьшенного диаметра, трубе подачи воды потребителям и на воздухопроводе.