УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАБОРА И ОЧИСТКИ ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ Российский патент 2012 года по МПК E03B3/04 

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

Известны водозаборно-очистные устройства с фильтрующими водоприемниками, в которых обеспечивается осветление воды до определенной степени [1, 2]. Основными недостатками этих устройств является то, что при их эксплуатации не обеспечивается снижение цветности воды, не удаляются нефтепродукты, масла, эмульгирующие и поверхностно-активные вещества, планктон и не предусмотрена надежная рыбозащита.

Известна также установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников [3], которая обеспечивает улучшение качества воды по показателям мутности и цветности до питьевой с использованием реагентов. При этом предотвращается загрязнение поверхностного источника этими реагентами. Однако эта установка не обеспечивает удаление из воды нефтепродуктов, масел, эмульгирующих, поверхностно-активных веществ и планктона. Кроме того, недостатками этой установки являются ее высокая стоимость и большие эксплуатационные затраты из-за наличия фильтрующей камеры, реагентного хозяйства, системы дозирования реагентов, системы очистки промывной воды и системы сбора и удаления осадка.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая водоприемник, включающий фильтрующую камеру с тяжелой фильтрующей загрузкой, открытую сверху флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и выходными боковыми отверстиями в нижней части, закрытую сверху переходную камеру с обратными клапанами в верхней части, насос, компрессор с воздушной трубой, на которой расположен погруженный в воду источника струйный аппарат, и которая соединена с напорной емкостью, расположенной в нижней части водоприемника, воздушные вантузы, электрические задвижки и блок управления [4].

К недостаткам этой установки относится то, что процессы фильтрования и флотации не обеспечивают очистку воды до питьевого качества по показателям цветности, так как в процессе флотации цветность уменьшается незначительно, а в процессе фильтрования без предварительной коогуляционной обработки воды не уменьшается вообще. Кроме того, наличие громоздкой фильтрующей камеры с тяжелой фильтрующей загрузкой увеличивает строительные и эксплуатационные затраты и ограничивает возможности использования установки.

Целью изобретения является уменьшение строительных и эксплуатационных затрат, расширение возможностей использования, увеличение производительности и повышение качества очищенной воды.

Указанная цель достигается тем, что установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая водоприемник, включающий открытую сверху флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и выходными боковыми отверстиями в нижней части, закрытую сверху переходную камеру с обратными клапанами в верхней части, насос, компрессор с воздушной трубой, на которой расположен погруженный в воду источника струйный аппарат и которая соединена с напорной емкостью, расположенной в нижней части водоприемника, воздушные вантузы, электрические задвижки и блок управления также содержит не менее двух закрытых сверху камер электрофореза, каждая из которых оборудована расположенными в верхней и нижней частях электродами, в верхней части воздушными вантузами, а также в верхней части, на дне и в средней части со стороны закрытой сверху водоприемной камеры электромагнитными обратными клапанами, причем погружной электрический насос, расположенный в водоприемной камере, подсоединен к водоподъемной трубе, на вертикальной части которой над водоприемником расположен наклонный защитный козырек, а на горизонтальной части датчик расхода воды, соединенный проводником с блоком управления, который также соединен проводниками с электрическими задвижками на водоподъемной и воздушной трубах, датчиком давления, установленным на воздушной трубе, насосом, компрессором, всеми электромагнитными обратными клапанами и источником постоянного тока, который соединен проводниками с электродами.

Наличие в схеме установки не менее двух закрытых сверху камер электрофореза, каждая из которых оборудована расположенными в верхней и нижней части электродами, в верхней части воздушными вантузами, а также в верхней части, на дне и в средней части со стороны закрытой сверху водоприемной камеры электромагнитными обратными клапанами позволяет обеспечить безреагентную очистку воды до питьевого качества по мутности и цветности, отказавшись от использования в водозаборно-очистном устройстве процессов коагуляции (реагентная обработка воды) и фильтрования. Это, в свою очередь, позволяет значительно уменьшить размеры установки, а следовательно, сократить строительные и эксплуатационные затраты, а также расширить возможности ее использования. Кроме того, расположение электромагнитных обратных клапанов в перегородке между флотационной емкостью и камерой электрофореза и в верхней части этой камеры позволяет производить поочередно водовоздушную промывку камер электрофореза. Это способствует уменьшению строительных и эксплуатационных затрат, так как отпадает необходимость устройства дополнительной емкости для хранения промывной воды и увеличению производительности установки (по очищенной воде).

Расположение погружного электрического насоса в водоприемной камере (под водой) повышает надежность работы установки и позволяет отказаться от использования всасывающей трубы. Это также уменьшает строительные и эксплуатационные затраты.

Расположение на вертикальной части водоподъемной трубы над водоприемником наклонного защитного козырька предотвращает попадание во флотационную емкость оседающих сверху загрязнений, что способствует повышению качества очищаемой воды.

Наличие блока управления, который соединен проводниками с датчиком расхода воды, расположенным на горизонтальной части водоподъемной трубы, электрическими задвижками на водоподъемной и воздушной трубах, датчиком давления, установленным на воздушной трубе, насосом, компрессором, всеми электромагнитными обратными клапанами и источником постоянного тока, позволяет обеспечить полное автоматическое управление установкой. Это также уменьшает эксплуатационные затраты и повышает надежность ее работы.

На фиг.1 приведена общая схема установки, на фиг.2 - схема корпуса установки в плане. Установка содержит водоприемник 1, включающий открытую сверху флотационную емкость 2 с перфорированной трубчатой системой 3 для распределения водовоздушной смеси и расположенными в нижней части выходными боковыми отверстиями 4, закрытую сверху переходную камеру 5 с обратным клапаном 6 в верхней части, закрытые сверху камеры электрофореза 7 с расположенными в верхней и нижней части электродами 8 и оборудованные в верхней части воздушными вантузами 9, а также электромагнитными обратными клапанами в верхней части 10, средней части 11 и на дне 12, закрытую сверху водоприемную камеру 13 с погружным электрическим насосом 14, подсоединенным к водоподъемной трубе 15, напорную емкость 16, к которой подсоединена воздушная труба 17, оборудованная погруженным в воду источника струйным аппаратом 18. Корпус установки располагается на горизонтальной плите 19. Кроме того, установка содержит компрессор 20, подсоединенный к воздушной трубе 17, оборудованной электрической задвижкой 21, источник постоянного тока 22, соединенный проводниками с электродами 8, защитный козырек 23 и блок управления 24, соединенный проводниками с электромагнитными обратными клапанами 10, 11 и 12, погружным электрическим насосом 14, электрической задвижкой 21 и электрической задвижкой 25, расположенной на водоподъемной трубе 15, источником постоянного тока 22, датчиком электрофоретической скорости движения частиц взвеси в воде 26, датчиком расхода воды 27, установленным на водоподъемной трубе 15 и датчиком давления 28, установленным на воздушной трубе 17.

Установка работает следующим образом.

В соответствии с технологическим регламентом эксплуатации установки в блок управления 24 введены следующие уставки:

- график включений и выключений насоса;

- величины расходов воды в трубе 15, обеспечивающие ламинарный режим движения воды в камерах электрофореза 7;

- величина давления в напорной емкости 16;

- зависимости между электрофоретической скоростью движения частиц взвеси в исходной воде и скоростью движения частиц взвеси в камере электрофореза 7 при воздействии на них постоянного электрического поля;

- зависимости между скоростью движения частиц взвеси в камере электрофореза 7 при воздействии на них постоянного электрического поля и временем очистки воды в этой камере Т;

- график включений и промывок камер электрофореза 7;

- промежуток времени Т1, на который камеры электрофореза переключаются на промывку.

Перед включением в работу закрыты электрические задвижки 21 и 25 и электромагнитные обратные клапаны 10, 11 и 12, отключены: источник постоянного тока 22, погружной электрический насос 14 и компрессор 20.

По сигналу блока управления 24 включается компрессор 20, плавно открывается электрическая задвижка 21 и на основании сигнала датчика давления 28 устанавливается требуемая величина давления на компрессоре 20, обеспечивающая заданную величину давления в напорной емкости 16.

Водовоздушная смесь через перфорированную трубчатую систему 3 поступает во флотационную емкость 2, обеспечивая надежную рыбозащиту, удаление из воды нефтепродуктов, масел, эмульгирующих, поверхностно-активных веществ и планктона и насыщая обрабатываемую воду кислородом воздуха.

Одновременно с включением компрессора 20 по сигналу блока управления 24 на основании сигнала датчика электрофоретической скорости движения частиц взвеси в воде 26 включается источник постоянного тока 22, подающий на электроды 8 разность потенциалов, соответствующую заданной величине электрофоретической скорости движения частиц в камере электрофореза 7. Подача разности потенциалов на электроды может осуществляться одновременно во все камеры, либо попеременно в зависимости от графика подачи воды потребителям. При этом в камере электрофореза 7 на период времени Т устанавливается стационарный режим электрофоретической очистки воды. Он заключается в направленном движении частиц взвеси и коллоидных частиц, обладающих электрокинетическим зарядом (дзета - потенциалом) к противоположно заряженному электроду, расположенному в нижней части камеры.

Через промежуток времени Т по сигналу блока управления 24 включается погружной электрический насос 14, плавно открывается электрическая задвижка 25 и, на основании сигнала датчика расхода воды 27, в зависимости от графика включений и промывок камер электрофореза 7 осуществляется непрерывное регулирование расхода воды, подаваемой по трубе 15 потребителям.

Величина промежутка времени Т определяется по формуле:

Т=(L·K)/V,

где L - расстояние по вертикали от верхнего электрода 8 в камере электрофореза 7 до места расположения электромагнитного обратного клапана 11 в средней части камеры;

V - электрофоретическая скорость движения частиц взвеси и коллоидных частиц в направлении к нижнему электроду 8 при воздействии постоянного электрического поля;

К - коэффициент запаса.

Таким образом, через промежуток времени Т все частицы взвеси, обуславливающие мутность воды и коллоидные частицы, обуславливающие ее цветность, будут сконцентрированы в объеме воды, расположенном ниже электромагнитного обратного клапана 11.

Одновременно с включением погружного электрического насоса 14 по сигналу блока управления 24 в тех камерах электрофореза 7, на электроды 8 которых подана разность потенциалов, открываются электромагнитные обратные клапаны 11, через которые осветленная и обесцвеченная вода поступает в водоприемную камеру 13. Исходная вода, прошедшая очистку в камере флотации, пройдя через переходную камеру 5 и обратный клапан 6, поступает в камеру электрофореза 7 и двигается сверху вниз в ламинарном режиме со скоростью, равной или меньшей, чем скорость движения частиц взвеси и коллоидных частиц в постоянном электрическом поле.

Периодически, в соответствии с графиком промывок, по сигналу блока управления 24 из камер электрофореза 7 удаляется загрязненная вода. Для этого на короткий промежуток времени Т1 в этих камерах отключается разность потенциалов, закрываются электромагнитные обратные клапаны 11 и одновременно открываются электромагнитные обратные клапаны 10 и 12. При этом за счет резкого перепада давлений в напорной емкости 12 и в водоисточнике производится быстрый вынос водовоздушной смесью из камеры электрофореза 7 загрязненной воды. Под воздействием повышенного давления и обратного тока воды обратные клапаны 6 также закрываются, предотвращая попадание загрязненной воды во флотационную емкость 2.

После промывки электромагнитные обратные клапаны 10 и 12 закрываются, на электроды 8 подается разность потенциалов и в камере электрофореза 7 продолжается процесс осветления и обесцвечивания воды.

По сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят прототип, установка обладает следующими преимуществами.

1. Обеспечивается очистка воды по показателям мутности и цветности до питьевого качества.

2. Уменьшаются строительные и эксплуатационные затраты за счет обеспечения безреагентных технологий очистки.

3. Повышается надежность работы установки за счет автоматического управления.

4. Расширяются возможности использования за счет значительного уменьшения размеров установки.

Предложенную установку можно использовать для водоснабжения населенных пунктов, оздоровительных лагерей, индивидуальных строений, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, полевого и военного водоснабжения. Установки могут быть передвижными или стационарными, серийного заводского изготовления.

Литература

1. Чудновский С.М., Степанов А.И., Мезенева Е.А.. Водозаборные сооружения из поверхностных источников. Учебное пособие. - Л.: СЗПИ, 1989, с. 23-40.

2. А.с. №1528873, Устройство для забора воды из поверхностных источников. Опубл. 15.12.1989. Бюл. №46.

3. Патент №2124610, Российская Федерация, Установка для забора и очистки воды из поверхностных источников. Опубл. 10.01.99. Бюл. №1.

4. Патент №2193631, Российская Федерация, Установка для забора и очистки воды из поверхностных источников. Опубл. 27.11.2002, Бюл. №33.

Установка содержит водоприемник, закрытую сверху переходную камеру с обратным клапаном в верхней части, насос, компрессор с воздушной трубой, воздушные вантузы, электрические задвижки, блок управления, не менее двух закрытых сверху камер электрофореза, погружной электрический насос. Водоприемник включает открытую сверху флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и выходными боковыми отверстиями в нижней части. На воздушной трубе расположен погруженный в воду источника струйный аппарат. Воздушная труба соединена с напорной емкостью. Напорная емкость расположена в нижней части водоприемника. Каждая камера электрофореза оборудована расположенными в верхней и нижней частях электродами, в верхней части - воздушными вантузами. В верхней части, на дне и в средней части со стороны закрытой сверху водоприемной камеры электрофореза каждая камера оборудована электромагнитными обратными клапанами. Погружной электрический насос расположен в водоприемной камере и подсоединен к водоподъемной трубе. На вертикальной части водоподъемной трубы над водоприемником расположен наклонный защитный козырек. На горизонтальной части водоподъемной трубы расположен датчик расхода воды. Датчик расхода воды соединен проводником с блоком управления. Блок управления соединен проводниками с электрическими задвижками на водоподъемной и воздушной трубах, датчиком давления, датчиком электрофоретической скорости движения частиц взвеси в воде, насосом, компрессором, всеми электромагнитными обратными клапанами и источником постоянного тока. Датчик давления установлен на воздушной трубе. Источник постоянного тока соединен проводниками с электродами. Такая конструкция позволит повысить качество очищенной воды и расширить возможности использования установки. 2 ил.

Установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая водоприемник, включающий открытую сверху флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и выходными боковыми отверстиями в нижней части, закрытую сверху переходную камеру с обратным клапаном в верхней части, насос, компрессор с воздушной трубой, на которой расположен погруженный в воду источника струйный аппарат и которая соединена с напорной емкостью, расположенной в нижней части водоприемника, воздушные вантузы, электрические задвижки и блок управления, отличающаяся тем, что она содержит не менее двух закрытых сверху камер электрофореза, каждая из которых оборудована расположенными в верхней и нижней части электродами, в верхней части воздушными вантузами, а также в верхней части, на дне и в средней части со стороны закрытой сверху водоприемной камеры электромагнитными обратными клапанами, причем погружной электрический насос, расположенный в водоприемной камере, подсоединен к водоподъемной трубе, на вертикальной части которой над водоприемником расположен наклонный защитный козырек, а на горизонтальной части - датчик расхода воды, соединенный проводником с блоком управления, который также соединен проводниками с электрическими задвижками на водоподъемной и воздушной трубах, датчиком давления, установленным на воздушной трубе, датчиком электрофоретической скорости движения частиц взвеси в воде, насосом, компрессором, всеми электромагнитными обратными клапанами и источником постоянного тока, который соединен проводниками с электродами.