Контейнерная модульная установка для получения питьевой воды

(51)7 02 1/46, 02 10304, 01 61/00, 65 88/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ(72) Цхай Александр Алексеевич Погорелов Владимир Иванович Шубин Дмитрий Анатольевич Козлов Александр Алексеевич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Мембранные технологии, С.А.(56) Гусев В.Н. Тезисы докладов Всесоюзного совещания // Применение электродиализа в мембранно-сорбционной технологии очистки и разделения веществ. Черкассы, 1984(54) КОНТЕЙНЕРНАЯ МОДУЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ(57) Предложена контейнерная модульная установка для получения питьевой воды, содержащая утепленный контейнер, фильтр предварительной очистки, реактор окисления, блок опреснения, блок доочистки, блок обеззараживания, блок управления и автоматики, а также накопительную емкость, насосы, трубопроводы подачи воды и сброса концентратов, элементов обеспечения комфорта эксплуатации. Реактор окисления 2 до 3 установлен после блока предварительной очистки и содержит эжектор для насыщения воды кислородом или озоном и емкость доокисления. Реактор соединен с фильтром для отделения оксида железа. Блок опреснения представляет электродиализный аппарат, выполненный с возможностью импульсного или симметричного реверсирования тока на электродах аппарата,или обратноосмотический элемент, или ионообменный элемент. Причем блок опреснения связан последовательно через накопительную емкость и блок доочистки с блоком обеззараживания, который является источником ультрафиолетового излучения с диапазоном длин волн 180-300 нм, или источником хлорсодержащего агента, или озона. Контейнерная модульная установка проста в сборке, транспортировке и эксплуатации, что позволяет использовать ее для очистки воды из источников различной степени загрязненности и источников солоноватых вод,которые расположены на обширных территориях. 135 Полезная модель относится к средствам получения питьевой воды, в частности контейнерным блочным модульным установкам, и может быть использована для получения питьевой воды из источников различной степени загрязненности. Область применения установки связана с решением экологических проблем обеспечения питьевой водой населенных пунктов в отдаленных районах Казахстана,испытывающих недостаток питьевой воды при наличии водных источников с различной степенью засоленности и загрязненности. Известна установка для получения питьевой воды (пат. РФ 2088317, кл. В 01 61/44, 02 1/44). Установка содержит блок фильтров, накопительную емкость с кислотой, обратноосмотический аппарат,блок умягчения (ионообменные колонки), два электродиализатора, емкости для сбора питьевой воды и тракты вывода солевых, кислотных, щелочных растворов. Установка позволяет получить питьевую воду. Однако установка является сложным и громоздким устройством, доставка которого к водному источнику затруднена. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является контейнерная установка (Гусев В.Н. Тезисы докладов Всесоюзного совещания // Применение электродиализа в мембранно-сорбционной технологии очистки и разделения веществ. Черкассы, 1984). Устройство по прототипу (в скобках дана терминология прототипа - станция), представляет собой утепленный контейнер (вагончик), оборудованный отоплением, освещением и вентиляцией, в которой размещены блок опреснения (две электродиализные установки), четыре насоса, технологическая емкость, фильтр предварительной очистки (фильтр),блок обеззараживания воды (бактерицидные лампы), шкафы электропитания, блок управления и автоматики. Однако контейнерная установка по прототипу не пригодна для опреснения воды с высоким содержанием солей жесткости, особенно солей железа, что является недостатком, ограничивающим ее применение. Кроме того, установка имеет значительный вес - 6,5 т, снижающий ее мобильность. В основу полезной модели положена задача создания контейнерной модульной установки, позволяющей получать питьевую воду высокого качества из исходной воды любой степени загрязнения, особенно с высоким содержанием солей железа, удобной при транспортировке и в эксплуатации. Техническим результатом полезной модели является повышение мобильности установки, снижение веса, а также расширение функциональных возможностей установки, и повышение ее комфортности при эксплуатации. Технический результат достигается контейнерной модульной установкой, включающей утепленный контейнер, фильтр предварительной очистки,реактора окисления, состоящего из эжектора и емкости доокисления, дополнительного фильтра для отделения оксида железа, блок опреснения, блок доочистки, блок обеззараживания, пульт управления 2 и автоматики, накопительную емкость. Контейнерная установка включает также насосы, трубопроводы подачи воды на очистку и отвода воды очищенной потребителю, а также сброса концентрата в канализацию, электрические кабели, вентилятор. Общими существенными признаками для предлагаемой полезной модели и устройства по прототипу являются фильтр предварительной очистки,блок опреснения, блок обеззараживания, блок управления и автоматики, накопительная емкость,насосы, трубопроводы, электрические кабели, вентилятор. Отличительными существенными признаками установки согласно предложенной полезной модели являются наличие дополнительно установленного после фильтра предварительной очистки реактора окисления 2 до 3, содержащего эжектор для насыщения воды кислородом или озоном и емкость для доокисления, фильтра для удаления оксида железа и блока доочистки, а также особенности выполнения блоков обессоливания и обеззараживания. Блок опреснения, согласно полезной модели, представляет электродиализный аппарат или обратноосмотический мембранный модель, или ионообменный фильтр, причем блок опреснения связан последовательно через накопительную емкость и блок доочистки с блоком обеззараживания. Блок обеззараживания выполнен в виде источника ультрафиолетового излучения или источника хлорсодержащего агента или озона. В предлагаемой полезной модели блок опреснения представляет собой один электродиализный аппарат или обратноосмотический мембранный модуль, или ионообменный фильтр, которые входят в состав установки в зависимости от состава воды. Блок опреснения, представленный электродиализным аппаратом, выполнен с возможностью импульсного реверсирования тока без переключения потока воды и симметричного реверса тока на электродах аппарата с переключением потоков воды. Блок опреснения, представленный обратноосматическим модулем, состоит из одного или нескольких обратноосмотических мембранных модулей,соединенных параллельно или последовательно в зависимости от состава воды. Блок опреснения, выполненный в виде ионообменного фильтра, представляет собой блок гидравлически связанных камер, в количестве не менее двух, заполненных ионообменными смолами, которые соединены с емкостью для регенерирующего раствора, в частности, раствора хлористого натрия. Ионообменный фильтр может быть коммерческим продуктом, например, марки - фирмы. Блок гидравлически связанных камер снабжен узлом автоматического регулирования регенерации и общей подачи воды потребителю в непрерывном режиме. Узел автоматического регулирования регенерации камер является электромеханическим,электронным или механическим устройством, содержащим клапанную систему и расходомер или таймер. Подачу воды в одну камеру для промывки 135 фильтров осуществляют с одновременной подачей воды на фильтрацию в остальные камеры. При этом автоматическое устройство обеспечивает постоянство общего выхода очищенной питьевой воды и цикличность подачи воды на регенерацию фильтров. Блок доочистки содержит углеродсодержащую загрузку, монодисперсную керамику, цеолит или шунгит. Блок доочистки имеет глубину фильтрации 405 микрон. Блок обеззараживания в устройстве представлен источником излучения в области вакуумного ультрафиолета в диапазоне длин волн 180-300 нм или источником хлорсодержащего агента, или озона. Накопительная емкость дополнительно снабжена уровнемером, сигнал от которого поступает на блок опреснения при автоматическом режиме его работы. Контейнер имеет деревянные полы, в которых выполнены закладные элементы для укрепления блоков установки. Кабельные каналы для электрокабелей (силовых и управляющих) размещены на стенах и потолке контейнера. Крепление кабельных каналов осуществляют с помощью шурупов и клепок. Трубопроводы выполнены из материалов, разрешенных для применения в пищевой промышленности, предпочтительно, из полипропилена. Крепление трубопроводов осуществляют при помощи хомутов или клипсов типа лиры по периметру контейнера. Емкость для очищенной воды выполнена из материалов, разрешенных для применения в пищевой промышленности (например, листовой стали с антикоррозионным покрытием) и крепятся болтами к полу и закладным элементам. Установка имеет систему трубопроводов для подачи воды и для сброса концентрата через специальные горловины и насосы в количестве от 3 до 4. Блоки контейнерной модульной установки выполнены с возможностью их сборки в зависимости от степени засоленности и загрязненности воды. Заявляемая полезная модель схематически изображена на фигуре контейнер 1, фильтр предварительной очистки 2, реактор окисления, состоящий из эжектора 3, и емкость квазистатического доокисления 4, фильтр для отделения окиси железа 5, блок опреснения 6, блок доочистки 7, емкость для очищенной воды 8, блок обеззараживания 9, блок управления и автоматики 10, трубопроводы 11, кабельные каналы 12, вентилятор 13, окно 14, стол 15,стул 16, кран раздачи чистой воды 17, горловина сброса концентрата 18, насос 19, уровнемер накопительной емкости 20, расходомер 21. При функционировании установки достигается технический результат - очистка воды до питьевого качества. Контейнерная модульная установка позволяет очистить воду из источника, содержащую соли кальция и магния в количестве до 60 мг-экв/л,а также соли железа 5-10 мг/л, нитраты - 250 мг/л,взвешенные вещества - 20-30 мг/л, общее микробное число - 7 х 106 ед/л. После очистки вода содержит взвешенные вещества - 0,1 мг/л, общая жесткость - 1,5-2 мг-экв/л,нитраты - не более 40 мг/л, железо - не более 0,3 мг/л, общее микробное число - 50 ед/л. Контейнерная блочная модульная установка работает следующим образом. Загрязненную воду из водных источников подают в контейнер (1) на фильтр предварительной очистки 2. После фильтра 2 в реактор окисления 2 до 3 подают воду, насыщенную кислородом или озоном с помощью эжектора 4. Водно-газовая смесь в режиме доокисления находится в реакторе в течение 5-30 минут. Далее вода поступает на фильтр 5 для отделения оксида железа,после чего ее подвергают обессоливанию с помощью блока опреснения 6, который может быть представлен электродиализным аппаратом или обратноосмотическим модулем, или ионообменным фильтром. Затем вода поступает в блок доочистки 7,где она проходит через углеродсодержащую загрузку или природный сорбент и поступает в емкость для очищенной воды 8. Очищенную воду подают через блок обеззараживания 9 на раздачу потребителю. Регулирует работу устройства блок автоматики 10. Трубопроводы подачи воды 11 размещены по периметру контейнера. Кабельные каналы для силовых и управляющих кабелей 12 закреплены на стенах и/или потолке контейнера. Контейнер снабжен элементами, обеспечивающими комфортные условия эксплуатации устройства, - вентилятор 13, окно 14, стол оператора 15, для которого установлен стул приставной или откидной 16. Вода отпускается потребителю через кран раздачи 17. Сброс концентрата в канализацию осуществляют через горловину 18. Подачу воды в установку осуществляют насосом 19. Количество насосов в системе варьируется от 3 до 4 в зависимости от режима работы установки. При минимальном сбросе концентрата гидравлическая система устройства включает 4 насоса. В таком режиме сброс концентрата составляет 10-30 от производительности установки по пресной воде. Уровень воды в накопительной емкости контролируют с помощью уровнемера 20. Обеззараживание осуществляют ультрафиолетовым излучением в области вакуумного ультрафиолета в диапазоне длин волн 180-30 нм или хлорсодержащим агентом,или озоном. Источниками обеззараживающих агентов могут быть любые известные, коммерчески доступные устройства их получения или долгосрочного хранения в баллонах, снабженных системой ввода в поток воды. Вода потребителю отпускается по расходомеру 21. Преимуществом предлагаемой контейнерной модульной установки является наличие реактора для окисления солей железа до оксида железа. Реактор содержит эжектор для насыщения воды кислородом или озоном и емкость доокисления, соединенного с фильтром для последующего отделения оксида железа. Наличие реактора для окисления в вышеописанном исполнении позволяет удалить соли железа при их особенно высоких концентрациях,3 135 трудно удаляемых другими известными методами. Размещение блока обеззараживания непосредственно перед выходом воды к потребителю дает возможность обеззараживания воды импульсно или постоянно, различными средствами обеззараживания. Преимуществом контейнерной модульной установки является ее компактность и мобильность. Установка имеет повышенную мобильность относительно прототипа, поскольку ее предельный вес не превышает 4 т и контейнер транспортируется грузовым транспортом к любому отдаленному источнику воды. Снижение веса определяется совокупностью элементов установки и эффективностью блока опреснения. При общем солесодержании очищаемой воды до 6000 мг/л блок опреснения представлен одним электродиализным аппаратом, который выполнен с возможностью импульсного или симметричного реверсирования тока на электродах аппарата. Устройство по прототипу содержит блок опреснения в виде двух электродиализных аппаратов. В воплощении полезной модели, предназначенной для очистки воды с общим солесодержанием более 6000 мг/л, блок опреснения содержит обратноосмотический мембранный модуль. В воплощении полезной модели, предназначенной для очистки воды с жесткостью до 7 мг-экв/л, блок опреснения содержит ионообменный фильтр. Таким образом, заявляемая установка позволяет очистить воду из источника любой степени загрязнения, в том числе, содержащую значительные количества солей железа до питьевого качества. Контейнерная установка проста в сборке и может быть собрана на месте применения. Рациональная компоновка ее блоков позволила ввести дополнительные элементы обеспечения комфорта эксплуатации. В предпочтительном варианте выполнения установки она содержит стол, стул для оператора и окна в количестве от 1 до 4. Контейнерная модульная установка выполнена с возможностью электрического или газового отопления. Кроме того,контейнерная модульная установка проста в транспортировке и эксплуатации, что позволяет использовать ее для отдаленных и разбросанных по большим территориям источников воды с различным содержанием загрязнений. Указанные преимущества контейнерной модульной установки особенно важны для регионов Казахстана с ограниченными запасами питьевой воды или с источниками солоноватых вод, которые расположены на обширных территориях. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Контейнерная модульная установка для получения питьевой воды, содержащая утепленный контейнер, фильтр предварительной очистки, блок опреснения, блок обеззараживания, блок управления и автоматики, накопительную емкость, насосы, тру 4 бопроводы подачи воды и сброса концентрата, электрические кабели, вентилятор, отличающаяся тем,что она дополнительно содержит реактор окисления 2 до 3, фильтр и блок доочистки, причем реактор установлен после фильтра предварительной очистки и содержит эжектор для насыщения воды кислородом или озоном и емкость доокисления и соединен с фильтром для отделения оксида железа,а блок опреснения выполнен в виде электродиализного аппарата, или обратноосмотического модуля,или ионообменного фильтра и соединен с блоком обеззараживания последовательно через накопительную емкость и блок доочистки. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что электродиализный аппарат выполнен с возможностью импульсного или симметричного реверсирования тока или реверса гидропотоков. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок доочистки содержит углеродсодержащую загрузку, например, шунгит, монодисперсную керамику или цеолит. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок доочистки имеет глубину фильтрации 405 микрон. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок обеззараживания выполнен в виде источника ультрафиолетового излучения с диапазоном длин волн 180-300 нм, или источника хлорсодержащего агента, или озона. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопительная емкость дополнительно снабжена уровнемером. 7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопительная емкость выполнена из нержавеющей стали или защищена антикоррозийным покрытием,допустимым санитарными нормами для питьевой воды. 8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит насосы в количестве от 3 до 4, обеспечивающие подачу воды на очистку и сброс концентрата. 9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопроводы выполнены из пластмассы, допустимой санитарными нормами для питьевой воды,предпочтительно, полипропилена. 10. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что все ее блоки закреплены на полу или стенах контейнера при помощи закладных элементов. 11. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что кабели размещены в кабельных каналах, которые закреплены на стенах и потолке контейнера при помощи хомутов или клипс. 12. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в предпочтительном варианте выполнения содержит элементы обеспечения комфорта эксплуатации, например, стол, стул для оператора и окна в количестве от 1 до 4.