Патент на изобретение №2315005

(54) УСТАНОВКА ГЛУБОКОЙ ДООЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области обработки природных вод, в частности к установкам для очистки и обеззараживания питьевой воды, и может быть использовано для доочистки и обеззараживания водопроводной воды. Установка выполнена в виде основной гидравлической магистрали, магистрали обратной связи и озоно-воздушной магистрали. Основная гидравлическая магистраль снабжена механическим фильтром, реле давления, эжектором-смесителем, контактным резервуаром и адсорбционным фильтром. Магистраль обратной связи снабжена регулятором расхода и многосопловым эжекторным смесителем. Озоно-воздушная магистраль снабжена озонатором и электромагнитным клапаном. Совместное использование основной гидравлической магистрали и озоно-воздушной магистрали позволяет реализовать окислительно-сорбционную технологию очистки и обеззараживания исходной воды, а применение магистрали обратной связи позволяет повысить эффективность использования озоно-воздушной смеси и предотвратить возможность вторичного бактериального загрязнения водоочистных узлов установки. Технический эффект – повышение санитарно-эпидемиологической надежности технологических процессов очистки и обеззараживания питьевой воды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обработки природных вод, в частности к установкам для очистки и обеззараживания питьевой воды с использованием озоно-сорбционной и вакуумно-эжекционной техники, и может быть использовано для доочистки и обеззараживания водопроводной воды в школах, больницах, гостиницах, речных судах, детских садах, на базах отдыха и других объектах.

Известна «Станция приготовления питьевой воды» (авторское свидетельство на изобретение СССР SU №1574545 по заявке Этина В. Л. и др. №4375606/27-26 от 10.12.1987 г., опубликовано 30.06.1990 г. в БИ №24).

Известная станция приготовления питьевой воды включает в себя последовательно соединенные трубопроводами реакционную емкость, насос, фильтр, контактную колонну, циркуляционный трубопровод и озонатор, соединенный с эжектором, причем циркуляционный трубопровод снабжен запорным устройством и присоединен одним концом к реакционной емкости, а другим – к контактной колонне на расстоянии 2,8-3,2 ее диаметра от дна, а эжектор размещен вертикально в центральной части дна контактной колонны.

Недостатками известной станции являются:

1. Неэффективность конструкции реакционной емкости и контактной колонны, вследствие чего перемешивание очищаемой и озонированной воды в реакционной емкости осуществляется «путем подбора соотношения подачи насоса и объема емкости». Это трудоемкая операция, требующая постоянного присутствия обслуживающего персонала (технолога). При движении пузырьков озоно-воздушной смеси через контактную колонну снизу вверх происходит их укрупнение и теряется достоинство тонкого диспергирования, достигнутого с помощью эжектора. Из-за противодействия столба воды, равного высоте колонны, а также пассивного процесса озонирования воды возникает необходимость увеличения мощности насоса и увеличения высоты контактной колонны, без чего станция не позволяет достичь высокой эффективности перемешивания пузырьков озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой, а значит и высокой степени ее очистки и обеззараживания.

2. Нерациональное расположение эжектора (в нижней части контактной колонны) приводит к тому, что в случае непредвиденной остановки насоса вода из контактной колонны под действием своего давления может поступить по озонопроводу в электронный блок озонатора и тем самым вывести его из строя.

3. Отсутствие сорбционного блока. Известно (см. «Озонирование воды», Кожинов В.Ф. и др., М., Стройиздат, 1974 г. и «Теоретические основы кондиционирования воды», Кульский Л.А., Киев, Наукова Думка, 1983 г.), что при озонировании загрязненной воды без применения сорбции на активных углях в обработанной воде появляется значительное количество продуктов неполного окисления загрязняющих примесей, в том числе канцерогенов и мутагенов. При этом продукты озонолиза (продукты неполного окисления загрязняющих примесей озоном, пероксиды и активные радикалы) смогут поступать в очищенную воду и к потребителю. А при использовании сорбционных фильтров на активных углях в процессе озонирования загрязненной воды, во-первых, осуществляется эффективная сорбция продуктов озонолиза, во-вторых, увеличивается время взаимодействия озона с загрязненной водой за счет развитой поверхности активных углей и, в-третьих, возникает каталитический эффект озоносорбции, значительно увеличивающий окислительную способность озона.

Учитывая вышеперечисленные недостатки известной станции в комплексе, можно сделать вывод, что основными недостатками известной станции приготовления питьевой воды являются недостаточная эффективность водоочистки в условиях меняющихся концентраций загрязнений в исходной воде, неполное использование озона в процессе водоочистки и низкая санитарно-эпидемиологическая надежность процессов очистки и обеззараживания питьевой воды.

Известна «Установка для обработки воды путем озонирования» (патент RU №2036852, C02F 1/78 по заявке Мозжухина Е.В. и Тюрина А.Н. №5063755/26 от 30.09.1992 г., опубликован 09.06.1995 г.), содержащая основную магистраль подачи жидкости к потребителю, генератор озона с обратным клапаном, устройство регулирования подачи жидкости в виде двухпозиционного клапана и обводную линию, содержащую последовательно подключенные фильтр предварительной очистки от механических примесей, реле давления, инжектор и устройство дополнительной очистки жидкости.

Недостатками известного устройства являются:

– возможность биологического обрастания фильтра предварительной очистки, в том числе возможность размножения патогенной микрофлоры, т.к. не предусмотрено его обеззараживание озоно-воздушной смесью от генератора озона в режиме работы обводной линии;

– возможность вторичного бактериального загрязнения водоочистных узлов всей обводной линии (после соответствующего переключения двухпозиционного клапана) в течение времени работы основной магистрали в связи с тем, что фильтр предварительной очистки от механических примесей, а также сорбционный фильтр в этот момент пропитаны исходной необеззараженной водой, имеют сообщение с воздушной (нестерильной) средой и не обеззараживаются в этот период времени озоно-воздушной смесью от генератора озона.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что основным недостатком известного устройства является невысокая санитарно-эпидемиологическая надежность процессов очистки и обеззараживания исходной воды, обусловленная возможностью вторичного бактериального загрязнения водоочистных узлов, а также возможностью поступления в очищенную воду продуктов биообрастания, вторичного бактериального загрязнения из обводной линии или основной магистрали и сапрофитов из окружающего воздуха.

Известно «Устройство для приготовления питьевой воды» (заявка на изобретение НПО «Судоэкотехника» RU №94024122 A, C02F 1/78 от 28.06.1994 г., опубликована 20.04.1996 г.).

Устройство содержит последовательно соединенные трубопроводами цистерну для коррекции химического состава воды, реакционную емкость, насос, фильтр, эжектор, вмонтированный в нижней части контактной колонны, озонатор и циркуляционный трубопровод с запорным устройством, соединяющий контактную колонну с реакционной емкостью.

Хотя известное устройство приготовления питьевой воды снабжено циркуляционным трубопроводом, обеспечивающим более полное использование озоно-воздушной смеси, чем в известных устройствах без обратной связи, однако степень обеззараживания исходной воды и окисления загрязняющих примесей в нем недостаточна по следующим причинам:

– озоно-воздушная смесь подается со дна контактной колонны и из-за противодействия столба воды, равного высоте колонны, требует увеличенной мощности насоса и большой высоты колонны, без чего установка не позволяет достичь высокой эффективности барботажа (перемешивания пузырьков озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой), а значит и высокой степени ее обеззараживания;

– из-за отсутствия в известном устройстве сорбционного блока теряются все преимущества применения озона для целей доочистки и обеззараживания питьевой воды. Для эффективного обеззараживания обрабатываемой воды с использованием барботажного перемешивания воды с озоном требуется время от единиц до десятков минут (в зависимости от качества исходной воды), что в современных озоновых технологиях обеспечивается совместным применением эжекционного смешения, барботажа и сорбции на активных углях (см. «Методические рекомендации по применению озонирования и сорбционных методов в технологии очистки воды от загрязнений природного и антропогенного происхождения», НИИ КВОВ, г.Москва, 1995 г.). Кроме того, возможно поступление в очищенную воду продуктов неполного окисления загрязняющих примесей (продуктов озонолиза: фенола, формальдегида, окислов железа и алюминия, полициклических ароматических углеводородов и др.);

– из-за отсутствия в известном устройстве деструктора озона возможно поступление в воздух рабочей зоны избыточного озона, не вступившего в реакцию окисления.

Таким образом, основным недостатком известного устройства является невысокая эффективность очистки и обеззараживания исходной воды.

Известен «Способ приготовления питьевой воды» (патент RU №2051128, C02F 1/78 по заявке НПО «Судоэкотехника» №5067156/26 от 15.06.1992 г., опубликован 27.12.1995 г.), включающий фильтрование и последующее озонирование с отбором части озоно-водяной смеси на предварительное озонирование в смесительной емкости перед фильтрованием, при реализации которого расход озоно-водяной смеси на предварительное озонирование регулируют в обратно пропорциональной зависимости от значения окислительно-восстановительного потенциала, соответствующего стандарту питьевой воды.

Недостатками известного способа являются:

– возможность поступления в воздух рабочей зоны из смесительной емкости избыточного озона, не вступившего в реакцию окисления, в связи с отсутствием в устройстве, реализующем известный способ, деструктора озона;

– сложность реализации известного способа за счет необходимости использования нестандартного озоностойкого циркуляционного насоса, электронного потенциометрического прибора (состоящего из электрохимических датчиков окислительно-восстановительного потенциала и электронного измерительного преобразователя) и электромеханического регулятора расхода очищаемой воды;

– невысокая степень обеззараживания исходной воды за счет малой эффективности барботажа (перемешивания пузырьков озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой), обусловленной тем, что озоно-воздушная смесь подается со дна контактной колонны и из-за противодействия столба воды, равного высоте колонны, требуется увеличенная мощность насоса и большая высота колонны.

Таким образом, основным недостатком известного устройства является невысокая эффективность очистки и обеззараживания исходной воды.

Известно также «Озонно-сорбционное устройство для доочистки водопроводной воды» (патент RU №2198851, C02F 1/78 по заявке Курникова А.С. №2001100521/12 от 05.01.2001 г., опубликован 20.02.2003 г.).

Известное устройство содержит компрессор, озонатор, блок управления (реле времени), контактную камеру, блок подачи доочищаемой воды, газораспределительный блок, сорбционный блок, водопровод сорбционного блока, газопровод озонатора, газопровод компрессора, крышку камеры и электромагнитный клапан.

В известном устройстве воздух из атмосферы через воздушное пространство под крышкой контактной камеры нагнетается компрессором в озонатор, который озонирует его, озоно-воздушная смесь по газопроводу поступает в газораспределительный блок и в воду контактной камеры, где производится окисление всех загрязняющих примесей, находящихся в воде. Избыточный озон, не вступивший в реакцию окисления, поступает в воздушное пространство под крышкой контактной камеры. Образующаяся озоно-воздушная смесь через газопровод поступает (рециркулирует) в компрессор и подается в озонатор, где эта смесь дополнительно озонируется, повышая концентрацию озона, поступающего в доочищаемую воду. Далее компрессор прокачивает через доочищаемую воду озоно-воздушную смесь, скапливающуюся в воздушном пространстве под крышкой контактной камеры, обеспечивая лучшее смешивание с водой избыточного озона, не вступившего в реакцию окисления. Вода по водопроводу самотеком попадает в сорбционный блок, где очищается от продуктов окисления (озонолиза) исходных загрязнителей в результате озонирования, и может быть использована потребителем.

Таким образом, известное устройство позволяет повысить эффективность доочистки водопроводной воды за счет применения рециркуляционной схемы использования избыточного озона. Качество воды в контактной емкости поддерживается на требуемом уровне независимо от времени ее пребывания там. Повышается экологическая безопасность устройства, так как избыточный озон не попадает в атмосферу.

Основными же недостатками известного устройства являются:

– сравнительно невысокая надежность работы компрессорного оборудования в составе очистителей водопроводной воды для индивидуальных потребителей в связи с необходимостью прокачивания компрессором химически агрессивной озоно-воздушной смеси;

– невысокая производительность по выходу очищенной воды, определяемая временем процесса «предварительного отстаивания доочищаемой воды» и габаритными размерами сорбционного блока и блока подачи исходной воды;

– неэффективность работы озонатора (низкий выход озона) в связи с отсутствием воздухоподготовки. Традиционно воздух для озонаторов очищают от пыли и масел компрессора, охлаждают и тщательно осушают (см. Филиппов Ю. В. и др. «Электросинтез озона», М.: Изд-во Московского университета, 1987 г., Вигдорович В.И. и др. «Проблемы озонирования и озонообработки и создание озоногенераторов второго поколения», Москва, Санкт-Петербург, «Озонит», 1994 г.). В известном устройстве при его запуске в разрядную камеру озонатора с помощью компрессора нагнетается воздух из атмосферы, а в дальнейшем – влажный воздух из пространства под крышкой контактной камеры известного устройства;

– возможность насыщения доочищенной воды нитратами за счет образования окислов азота при электросинтезе озона из влажного воздуха.

Все вышеприведенные недостатки известного устройства обуславливают невысокую эффективность доочистки и обеззараживания исходной воды.

По своей технической сущности наиболее близкой к заявляемому техническому решению (прототипом) является «Установка для очистки воды озоном» (патент RU №2116977, C02F 1/78 по заявке Гончарука В.В. №97111002/25 от 27.06.1997 г., опубликован 10.08.1998 г.).

Известная установка для очистки воды озоном включает в себя блок получения озона и последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель, контактный резервуар, снабженный барботером, входным и выходными патрубками, аппарат, оборудованный в своей верхней части решеткой с адсорбентом и снабженный входными и выходными патрубками, а также фильтр с адсорбентом, снабженный входным и выходным патрубками.

В известной установке реализуются одновременно процессы сепарации воды от отработанной озоно-воздушной смеси и восстановление непрореагировавшего озона, что обеспечивает более полную очистку воды от взвесей и устранение выброса озона и аэрозоля в окружающую среду. Этот результат достигается конструкцией установки, предусматривающей сепарацию воды и отработанной озоно-воздушной смеси в следующих конструктивных узлах установки:

– в контактном резервуаре при переливе обработанной озоном воды через перегородку;

– в рабочем пространстве аппарата под слоем сорбента при поступлении в среднюю часть аппарата озоно-воздушной смеси с аэрозолем воды из контактного резервуара и фильтра;

– в фильтре над слоем сорбента при поступлении в верхнюю часть фильтра очищенной воды с остаточным количеством пузырьков воздуха из контактного резервуара.

Результатом процессов сепарации является то, что в слой адсорбента в фильтре поступает освобожденная от пузырьков воздуха и озона очищенная вода, что способствует более полному задержанию взвешенных примесей, а также то, что озон и аэрозоль воды, отсепарированные и собранные со всех элементов в одном элементе – аппарате, проходя через слой адсорбента, подвергается восстановлению, что предотвращает его попадание в атмосферу.

Недостатками известной установки являются:

1. Сложность конструкции блока получения озона (озонатора напорного типа), обеспечивающей поступление озоно-воздушной смеси в эжектор-смеситель под давлением. Для обеспечения необходимого давления озоно-воздушной смеси, по величине большего, чем давление в водопроводной сети, необходимы: компрессор, блок удаления паров масел, поступающих в выходную воздушную смесь из компрессора, а также блоки осушения и охлаждения воздуха.

2. Невысокая эффективность очистки и обеззараживания исходной воды из-за отсутствия предварительного механического фильтра и средств промывки адсорбционного фильтра. В процессе эксплуатации установки без предварительного механического фильтра адсорбционный фильтр быстро загрязняется, что приводит к росту его гидравлического сопротивления, а это, в свою очередь, приводит к снижению эффективности перемешивания озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой в эжекторе-смесителе и контактном резервуаре, а следовательно, и степени очистки и обеззараживания исходной воды. Кроме того, при увеличении степени загрязненности исходной воды нарушается регламент промывок адсорбционного фильтра, что может привести к залповому выбросу задержанных на адсорбционном фильтре загрязнений к потребителю.

3. Невозможность длительной непрерывной работы установки. В известной установке циркуляция обрабатываемой воды по контуру «эжектор – контактный резервуар – нижняя полость аппарата – эжектор» осуществляется за счет давления в водопроводной сети, с помощью которого осуществляется и отвод очищенной воды к потребителю. Для регенерации (промывки) фильтра требуется перекрыть доступ водопроводной воды к эжектору-смесителю и использовать специальный промывочный насос, не предусмотренный в составе известной установки. В этом случае нельзя производить отбор очищенной воды.

4. Недостаточная эффективность доочистки и обеззараживания исходной воды за счет применения циркуляционной схемы использования озоно-водяной смеси, не прошедшей очистки на механическом и адсорбционном фильтрах, по контуру «эжектор – контактный резервуар – нижняя полость аппарата – эжектор».

Таким образом, вышеприведенные недостатки известной установки обуславливают недостаточную эффективность очистки исходной воды в условиях меняющихся концентраций загрязнений в ней и низкую санитарно-эпидемиологическую надежность процессов очистки и обеззараживания питьевой воды.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение санитарно-эпидемиологической надежности процессов очистки и обеззараживания питьевой воды.

Указанная цель достигается тем, что установка глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды, включающая озонатор и последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель, контактный резервуар и адсорбционный фильтр, снабжена механическим фильтром, регулятором расхода, реле давления, входом подключенным к выходу механического фильтра, первым выходом подключенным электропроводом к управляющему входу электромагнитного клапана, а вторым выходом подсоединенным трубопроводом к напорному входу эжектора-смесителя, электромагнитным клапаном, входом подключенным озонопроводом к выходу озонатора, а выходом – к всасывающему входу эжектора-смесителя, и многосопловым эжекторным смесителем, всасывающим входом соединенным с выходом регулятора расхода, напорным входом – с магистралью питьевой воды, а выходом – со входом механического фильтра.

Предпочтительно, что эжектор-смеситель, включающий в себя эжектор, выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения напорного, всасывающего и выходного патрубков эжектора-смесителя, а также эжектора, размещенного по оси симметрии емкости, напорным входом соединенного с напорным патрубком эжектора-смесителя, а всасывающим входом соединенного со всасывающим патрубком эжектора-смесителя, в нижней части цилиндрической емкости коаксиально эжектору размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходного отверстия эжектора.

Предпочтительно, что контактный резервуар выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения входного и выходного патрубков контактного резервуара, а входной патрубок размещен по оси симметрии емкости и снабжен цилиндрической втулкой, закрепленной при помощи резьбового соединения на выходной части входного патрубка, причем внутренний диаметр втулки равен диаметру входного патрубка, а ее длина равна не менее 2/3 высоты цилиндрической емкости.

Предпочтительно, что многосопловый эжекторный смеситель выполнен в виде параллельно расположенных в пространстве эжекторов и снабжен гидравлическим усреднителем потоков, причем напорные входы эжекторов объединены общим коллектором и подсоединены к магистрали питьевой воды, всасывающие входы эжекторов объединены общим коллектором и подсоединены к выходу регулятора расхода, а выходные параллельно расположенные патрубки эжекторов и выходной патрубок многосоплового эжекторного смесителя подсоединены к гидравлическому усреднителю потоков.

Предпочтительно, что гидравлический усреднитель потоков выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения выходных патрубков эжекторов и выходного патрубка многосоплового эжекторного смесителя, а в нижней части емкости коаксиально выходным патрубкам эжекторов размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходных отверстий эжекторов.

Таким образом, указанная в формуле изобретения совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает получение предусмотренного технического результата.

Предлагаемое изобретение иллюстрировано чертежом, на котором представлена функциональная схема установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды.

Установка глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды содержит озонатор 1, последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель 2, контактный резервуар 3 и адсорбционный фильтр 4, механический фильтр 5, регулятор расхода 6, реле давления 7, электромагнитный клапан 8 и многосопловый эжекторный смеситель 9, снабженный гидравлическим усреднителем потоков (на чертеже не показан).

Работа установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды осуществляется следующим образом.

Исходная вода из напорной сети (на чертеже не показана) через многосопловый эжекторный смеситель 9, механический фильтр 5, где происходит ее предварительная очистка от взвесей, и реле давления 7 поступает в напорный вход эжектора-смесителя 2. При сохранении в гидравлической магистрали давления на уровне 0,2-0,3 мПа реле давления 7 поддерживает в замкнутом состоянии свой контакт в цепи электромагнитного клапана 8 и на всасывающий вход эжектора-смесителя 2 поступает озоно-воздушная смесь из озонатора 1.

В эжекторе-смесителе 2, выполненном в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения самого эжектора, напорного, всасывающего и выходного патрубков эжектора-смесителя, а в нижней части цилиндрической емкости коаксиально эжектору размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходного отверстия эжектора (конструкция эжектора-смесителя на чертеже не показана), обрабатываемая вода, поступившая на всасывающий вход эжектора-смесителя, являющийся одновременно и всасывающим входом самого эжектора, размещенного по оси симметрии емкости, в виде струи под напором, образованным на выходе эжектора, являющегося составной частью эжектора-смесителя, ударяется о коническую поверхность конусообразного отражателя, создавая в нижней части цилиндрической емкости зону турбулентности, в которой происходит интенсивное перемешивание водно-озоно-воздушной смеси, в процессе которого осуществляется интенсивное окисление загрязнений и эффективное обеззараживание обрабатываемой воды озоном. Кроме того, продолжительность процесса озонообработки увеличивается на величину времени прохождения водно-озоно-воздушной смесью, отраженной от конической поверхности конусообразного отражателя, дополнительного расстояния от конической поверхности конусообразного отражателя до уровня выходного патрубка эжектора, расположенного на фланце в верхней части цилиндрической емкости эжектора-смесителя 2.

После интенсивного перемешивания исходной воды с озоно-воздушной смесью в эжекторе-смесителе 2 полученная водно-озоно-воздушная смесь поступает через входной патрубок и цилиндрическую втулку в нижнюю часть контактного резервуара 3, выполненного в виде цилиндрической емкости (конструкция контактного резервуара 3 на чертеже не показана), верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения входного и выходного патрубков контактного резервуара 3.

Пройдя через цилиндрическую втулку (ее внутренний диаметр равен диаметру входного патрубка, а длина равна не менее 2/3 высоты цилиндрической емкости), закрепленную при помощи резьбового соединения на выходной части входного патрубка, размещенного по оси симметрии контактного резервуара 3, струя обрабатываемой воды под напором, образованным в эжекторе-смесителе 2, ударяется о донную часть контактного резервуара 3, создавая зону турбулентности, в которой происходит дополнительное перемешивание водно-озоно-воздушной смеси, в процессе которого осуществляется интенсивное окисление загрязнений и эффективное обеззараживание обрабатываемой воды озоном. Кроме того, продолжительность процесса озонообработки увеличивается на величину времени прохождения водно-озоно-воздушной смесью, отраженной от донной части цилиндрической емкости, дополнительного расстояния от поверхности донной части цилиндрической емкости до выходного патрубка, расположенного на фланце в верхней части цилиндрической емкости.

Затем обрабатываемая вода через выходной патрубок контактного резервуара 3 поступает на вход адсорбционного фильтра 4, в котором за счет каталитического действия активированного угля, усиливающего окислительную способность озона, осуществляется дополнительное окисление и сорбция продуктов озонолиза.

С целью дополнительного повышения санитарно-эпидемиологической надежности процессов очистки и обеззараживания питьевой воды применяется метод обратной связи, для реализации которого часть водно-озоно-воздушной смеси с выхода адсорбционного фильтра 4 подается через соответствующий фитинг по трубопроводу обратной связи на вход регулятора расхода 6 (выполненного, например, в виде регулируемого вентиля) и затем поступает на всасывающий вход многосоплового эжекторного смесителя 9. Следует отметить, что большая часть глубоко очищенной и обеззараженной воды с выхода адсорбционного фильтра 4 поступает к потребителю, а меньшая часть, объем которой рассчитывается в зависимости от уровня загрязненности и расхода исходной воды, поступает в трубопровод обратной связи.

Применение обратной связи позволяет не только эффективнее использовать озон, непрореагировавший в эжекторе-смесителе 2, контактном резервуаре 3 и адсорбционном фильтре 4, но и дополнительно дезинфицировать механический фильтр 5, на котором в процессе эксплуатации возможно размножение микрофлоры, в т.ч. и патогенной.

Многосопловый эжекторный смеситель 9 применен с целью обеспечения заданной пропускной способности основной гидравлической магистрали и уменьшения потерь давления в эжекторном узле. Принцип работы многосоплового эжекторного смесителя 9 аналогичен вышеописанному принципу работы односоплового эжектора-смесителя 2.

Конструктивно многосопловый эжекторный смеситель выполнен в виде параллельно расположенных в пространстве эжекторов и снабжен гидравлическим усреднителем потоков, причем напорные входы эжекторов объединены общим коллектором и подсоединены к магистрали питьевой воды, всасывающие входы эжекторов объединены общим коллектором и подсоединены к выходу регулятора расхода, а выходные параллельно расположенные патрубки эжекторов и выходной патрубок многосоплового эжекторного смесителя подсоединены к гидравлическому усреднителю потоков.

Кроме того, многосопловый эжекторный смеситель снабжен гидравлическим усреднителем потоков, который конструктивно выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения выходных патрубков эжекторов и выходного патрубка многосоплового эжекторного смесителя, а в нижней части емкости коаксиально выходным патрубкам эжекторов размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходных отверстий эжекторов.

Существенность отличий и преимущества предложенного изобретения обуславливают нижеследующие технические решения:

1. Размещение в разрывах основной гидравлической магистрали и озонопровода соответственно реле давления 7 и электромагнитного клапана 8 позволяет повысить эксплуатационную надежность работы установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды за счет предотвращения возможности аварийных ситуаций с озонатором 1. При уменьшении в основной гидравлической магистрали давления ниже уровня 0,2 мПа реле давления 7 размыкает свой контакт в цепи электромагнитного клапана 8 и шток электромагнитного клапана 8 перекрывает озонопровод, соединяющий озонатор 1 с эжектором-смесителем 2. Таким образом, обеспечивается защита озонатора 1 от затопления водой:

а) в моменты переключения установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды;

б) при увеличении гидравлического сопротивления в основной гидравлической магистрали за счет выработки ресурса картриджей механического фильтра 5 и адсорбционного фильтра 4;

в) при возможном засорении эжектора-смесителя 2.

2. Размещение на входе основной гидравлической магистрали установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды механического фильтра 5 позволяет повысить эксплуатационную надежность работы всей установки.

3. Использование метода обратной связи путем подсоединения регулятора расхода 6 входом к выходному патрубку адсорбционного фильтра 4, а выходом к всасывающему входу многосоплового эжекторного смесителя 9 позволяет не только эффективнее использовать озон, непрореагировавший в эжекторе-смесителе 2, контактном резервуаре 3 и адсорбционном фильтре 4, но и постоянно дезинфицировать механический фильтр 5, на котором в процессе эксплуатации установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды возможно биообрастание и поступление в связи с этим в обрабатываемую воду сапрофитов и прочей микрофлоры, в т.ч. патогенной.

4. Размещение в начале основной гидравлической магистрали многосоплового эжекторного смесителя 9, снабженного гидравлическим усреднителем потоков, позволяет эффективно осуществлять процесс преозонирования, т.е. смешение водно-озоно-воздушной смеси с выхода установки с исходной обрабатываемой водой, не вызывая существенных потерь напора в основной гидравлической магистрали. Для увеличения времени взаимодействия водно-озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой гидравлический усреднитель потоков конструктивно выполняется в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения выходных патрубков эжекторов и выходного патрубка многосоплового эжекторного смесителя, а в нижней части емкости коаксиально выходным патрубкам эжекторов размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходных отверстий эжекторов.

Производственная апробация предлагаемого изобретения была проведена соавторами изобретения на речном танкере «СТ-30» предприятия ОАО «Росмортранс» (г. Ростов-на-Дону) во время летней навигации 2005 г. На этом танкере была использована емкость чистой воды объемом 1,2 м³, озонатор производительностью по озону – 0,5 Г/ч и основные узлы заявляемой установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды производительностью по воде – 0,6 м³/ч.

В 1995 г. на вышеупомянутом танкере была смонтирована «Станция приготовления питьевой воды «Озон-0,5 В», изготовленная ОАО «ЦКБ НПО «Судоремонт» (г. Нижний Новгород) по изобретению сотрудников Горьковского института инженеров водного транспорта (В.Л.Этин, Л.А.Худяков, А.С.Курников и др. Авторское свидетельство на изобретение СССР №1574545 по заявке №4375606/27-26 от 10.12.1987 г.). Из-за неудовлетворительной работы эти установки были сначала законсервированы, а затем и демонтированы.

Проведенный сопоставительный анализ заявляемой «Установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды» с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков неизвестна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о ее соответствии критерию изобретения «новизна».

При этом изложенная в формуле совокупность существенных признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения второму критерию изобретения «изобретательский уровень».

Соответствие предлагаемого решения критерию изобретения «промышленная применимость» очевидно из вышеприведенного описания работы «Установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды» и факта ее применения на вышеупомянутом речном танкере «СТ-30» во время летней навигации 2005 г.

Формула изобретения

1. Установка глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды, включающая озонатор и последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель, контактный резервуар и адсорбционный фильтр, отличающаяся тем, что она снабжена механическим фильтром, регулятором расхода, реле давления, входом подключенным к выходу механического фильтра, первым выходом подключенным электропроводом к управляющему входу электромагнитного клапана, а вторым выходом подсоединенным трубопроводом к напорному входу эжектора-смесителя, электромагнитным клапаном, входом подключенным озонопроводом к выходу озонатора, а выходом к всасывающему входу эжектора-смесителя, и многосопловым эжекторным смесителем, всасывающим входом соединенным с выходом регулятора расхода, напорным входом – с магистралью питьевой воды, а выходом – со входом механического фильтра.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что эжектор-смеситель, включающий в себя эжектор, выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения напорного, всасывающего и выходного патрубков эжектора-смесителя, а также эжектора, размещенного по оси симметрии емкости, напорным входом соединенного с напорным патрубком эжектора-смесителя, а всасывающим входом соединенного со всасывающим патрубком эжектора-смесителя, в нижней части цилиндрической емкости коаксиально эжектору размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходного отверстия эжектора.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что контактный резервуар выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения входного и выходного патрубков контактного резервуара, а входной патрубок размещен по оси симметрии емкости и снабжен цилиндрической втулкой, закрепленной при помощи резьбового соединения на выходной части входного патрубка, причем внутренний диаметр втулки равен диаметру входного патрубка, а ее длина равна не менее 2/3 высоты цилиндрической емкости.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что многосопловый эжекторный смеситель выполнен в виде параллельно расположенных в пространстве эжекторов и снабжен гидравлическим усреднителем потоков, причем напорные входы эжекторов объединены общим коллектором и подсоединены к магистрали питьевой воды, всасывающие входы эжекторов объединены общим коллектором и подсоединены к выходу регулятора расхода, а выходные параллельно расположенные патрубки эжекторов и выходной патрубок многосоплового эжекторного смесителя подсоединены к гидравлическому усреднителю потоков.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что гидравлический усреднитель потоков выполнен в виде цилиндрической емкости, верхняя часть которой снабжена фланцем для подсоединения выходных патрубков эжекторов и выходного патрубка многосоплового эжекторного смесителя, а в нижней части емкости коаксиально выходным патрубкам эжекторов размещен конусообразный отражатель, своей вершиной направленный в сторону выходных отверстий эжекторов.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.12.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009