установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников

Формула изобретения

Установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая водоприемник, включающий флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и закрытую сверху фильтрующую камеру с загрузкой и дренажной системой, насос, напорную емкость, струйный аппарат и задвижки, отличающаяся тем, что она содержит компрессор с воздушной трубой, переходную камеру, электрический вакуумметр и блок управления, задвижки выполнены электрическими, причем воздушная труба, на которой расположен погруженный в воду источника струйный аппарат, соединена с напорной емкостью, расположенной в нижней части водоподъемника, а также соединена дополнительной трубой со всасывающей трубой насоса, подсоединенной к дренажной системе и оборудованной электрическим вакуумметром, напорная емкость соединена с перфорированной трубчатой системой и имеет отверстие с обратным клапаном в перегородке между этой емкостью и фильтрующей камерой с тяжелой фильтрующей загрузкой, переходная камера, расположенная в одном ряду между флотационной емкостью и фильтрующей камерой, имеет входное отверстие, расположенное ниже перфорированной трубчатой системы, выпускное отверстие с обратным клапаном и воздушный вантуз, находящийся в ее верхней части, в верхней части фильтрующей камеры расположено отверстие с обратным клапаном для выпуска промывной воды, а электрический вакуумметр, пусковые устройства насоса, компрессора и электроприводы задвижек соединены с блоком управления.

Описание изобретения к патенту

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

Известны водозаборно-очистные устройства с фильтрующими водоприемниками, в которых обеспечивается осветление воды до определенной степени [1, 2]. В этих устройствах не снижается цветность воды, не удаляются нефтепродукты, масла, другие эмульгирующие вещества и планктон. В них также не обеспечена надежная рыбозащита.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является установка для забора и очистки воды из поверхностных водоисточников, содержащая водоприемник, включающий флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и закрытую сверху фильтрующую камеру с загрузкой и дренажной системой, насос, напорную емкость, струйный аппарат и задвижки [3].

К недостаткам этой установки относится необходимость устройства подземных сооружений: выходной камеры и камеры переключения, а также снижение производительности из-за того, что часть очищенной воды непрерывно возвращается во флотационную зону. Кроме того, из-за расположения флотационной зоны над фильтрующей камерой и ограничения скорости движения воды в зазоре между корпусом фильтрующего водоприемника и открытым сверху коробом эта установка имеет большие габаритные размеры, в том числе по высоте. Это ограничивает возможности ее использования, например в мелководных источниках. Недостатком установки является также то, что процесс фильтрования в ней осуществляется снизу вверх через плавающую загрузку, а процесс промывки - сверху вниз. Это приводит к ухудшению качества очищенной воды, так как не гарантируется качественная промывка без выноса из фильтрующей камеры фильтрующей загрузки. При фильтровании снизу вверх также возможно попадание в фильтрующую камеру оставшихся в воде после флотации пузырьков воздуха. Эти пузырьки, проникая в фильтрующую загрузку и постепенно скапливаясь в надфильтровом пространстве, ухудшают процессы фильтрования и промывки фильтрующей загрузки, что в свою очередь также приводит к ухудшению качества очищенной воды. В установке отсутствует система автоматического управления, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат.

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 источников содержащая водоприемник, включающий флотационную емкость с перфорированной трубчатой системой для распределения воздуха и закрытую сверху фильтрующую камеру с загрузкой и дренажной системой, насос, напорную емкость, струйный аппарат и задвижки, содержит также компрессор с воздушной трубой, переходную камеру, электрический вакуумметр и блок управления, задвижки выполнены электрическими, причем воздушная труба, на которой расположен погруженный в воду источника струйный аппарат, соединена с напорной емкостью, расположенной в нижней части водоподъемника, а также соединена дополнительной трубой со всасывающей трубой насоса, подсоединенной к дренажной системе и оборудованной электрическим вакуумметром, напорная емкость соединена с перфорированной трубчатой системой и имеет отверстие с обратным клапаном в перегородке между этой емкостью и фильтрующей камерой с тяжелой фильтрующей загрузкой, переходная камера, расположенная в одном ряду между флотационной емкостью и фильтрующей камерой, имеет входное отверстие, расположенное ниже перфорированной трубчатой системы, выпускное отверстие с обратным клапаном и воздушный вантуз, находящийся в ее верхней части, в верхней части фильтрующей камеры расположено отверстие с обратным клапаном для выпуска промывной воды, а электрический вакуумметр, пусковые устройства насоса, компрессора и электроприводы задвижек соединены с блоком управления.

Включение в схему установки компрессора с воздушной трубой, соединенной с напорной емкостью, которая расположена в нижней части водоприемника, соединена с перфорированной трубчатой системой флотационной емкости и с подфильтровым объемом фильтрующей камеры через отверстие с обратным клапаном, создает условия для поочередного обеспечения режимов флотационной очистки воды и водовоздушной промывки тяжелой фильтрующей загрузки. Это способствует увеличению производительности установки (по очищенной воде), так как сокращается расход воды, затрачиваемой на промывку [4]. Кроме того, отпадает необходимость устройства дополнительной емкости для хранения промывной воды (в прототипе эту роль выполняет входная камера), что сокращает строительные и эксплуатационные затраты.

Наличие в конструкции водоприемника переходной камеры, расположенной в одном ряду между флотационной емкостью и флотационной камерой, а также расположение входного отверстия ниже перфорированной трубчатой системы и выпускного отверстия в верхней части камеры позволяет значительно уменьшить высоту водоприемника и объем флотационной емкости за счет увеличения скорости движения воды в этой емкости. Это расширяет возможности использования установки, например, для мелководных источников. Кроме того, такое расположение флотационной емкости, переходной и фильтрующей камер позволяет обеспечить наиболее эффективный процесс фильтрования через тяжелую загрузку в направлении сверху вниз и процесс промывки этой загрузки в направлении снизу вверх. Это, в свою очередь, обеспечивает удаление остающихся в воде после флотации пузырьков воздуха, что также способствует улучшению процесса фильтрования и, следовательно, повышению качества очищенной воды.

Расположение на воздушной трубе струйного аппарата, погруженного в воду источника, наличие в верхней части фильтрующей камеры отверстия с обратным клапаном и обратного клапана в выпускном отверстии, а также соединение воздушной трубы дополнительной трубой со всасывающей трубой насоса, соединенной с дренажной системой, позволяет обеспечить водовоздушную промывку фильтрующей загрузки, уменьшив при этом расход очищенной воды. Это также способствует увеличению производительности установки. Кроме того, отпадает необходимость устройства подземных сооружений: водоприемной камеры и камеры переключения.

Установка на всасывающей трубе электрического вакуумметра, выход которого подсоединен ко входу блока управления, у которого выходы соединены с пусковыми устройствами насоса и компрессора и электроприводами задвижек на всасывающей, напорной, воздушной и дополнительной трубах, позволяет обеспечить автоматическое управление работой установки, что также снижает эксплуатационные затраты.

На чертеже изображена схема установки для забора и очистки воды.

Установка (см. чертеж) содержит корпус 1, который устанавливают на дно водоисточника на плите или при необходимости заглубляют в дно. Верхняя часть установки должна располагаться под минимальным уровнем воды в водоисточнике УВ. Корпус 1 разделен внутренними перегородками 2 и 3 на отдельные емкости 4, 5 и 6. Емкость 4 представляет собой зону флотации, в нижней части которой располагается перфорированная трубчатая система 7. Через эту систему во флотационную емкость 4 подается водо-воздушная смесь из напорной емкости 8. В одном ряду с емкостью 4 располагаются емкости 5 и 6. Емкость 5 представляет собой переходную камеру, имеющую входное отверстие 9, расположенное ниже перфорированной трубчатой системы 7, и отверстие с обратным клапаном 10. Кроме того, в верхней части переходной камеры 5 расположен воздушный вантуз 11.

Емкость 6 представляет собой фильтрационную камеру, в которой располагается фильтрующий слой 12 из тяжелой зернистой загрузки, например из кварцевого песка. Под фильтрующим слоем 12 располагается дренажная система 13 в верхней части подфильтрового пространства 14. Напорная емкость 8, расположенная в нижней части корпуса 1, имеет также выходное отверстие с обратным клапаном 15 в подфильтровое пространство 14. Над фильтрующим слоем предусматривается промывное пространство, высота которого рекомендуется не менее 25% от толщины фильтрующего слоя [6].

Установка также содержит располагаемые на поверхности земли водоприемный насос 16, компрессор 17 и блок автоматического управления 18. К всасывающему патрубку насоса 16 подсоединена всасывающая труба 19, оборудованная задвижкой с электрическим приводом 20 и электрическим вакуумметром 21 [7]. Эта труба также подсоединена к дренажной системе 13. К напорному патрубку насоса 16 подсоединена напорная труба 22, оборудованная задвижкой с электрическим приводом 23. К выходному патрубку компрессора 17 подсоединена воздушная труба 24, также оборудованная задвижкой с электрическим приводом. С другой стороны эта труба подсоединена к напорной емкости 8. На подводной части трубы 24 установлен струйный аппарат (инжектор) 25 [8] для подсоса воды из водоисточника. Трубы 24 и 19 соединены дополнительной трубой 26, оборудованной задвижкой с электрическим приводом 27. Выход электрического вакуумметра 21 подсоединен проводником ко входу блока управления 18. Выходы блока управления 18 подсоединены проводниками ко входам пусковых устройств насоса 16, компрессора 17 и приводов задвижек 20, 23, 27 и задвижки 2 8, установленной на воздушной трубе 24. Кроме того, в верхней части фильтрационной камеры 6 располагается обратный клапан 29, предназначенный для выпуска промывной воды.

Установка работает следующим образом.

При режиме очистки воды закрыта задвижка 27 и открыты задвижки 20, 23 и 28. Компрессор обеспечивает давление в напорной емкости 8 не менее 0,6 МПа [4, с.103]. При таком давлении закрыт обратный клапан 15, а во флотационной емкости 4 происходит флотационная очистка воды следующим образом: при движении воздуха по воздушной трубе 24 струйный аппарат 25 осуществляет подсос (инжектирование) воды из источника. Таким образом, в напорную емкость 8 поступает водовоздушная смесь, которая через перфорированную трубчатую систему 7 поступает во флотационную емкость 4. За счет перепада давлений в емкости 8 и в водоисточнике происходит интенсивное выделение пузырьков воздуха. При работающем насосе 16 открыт обратный клапан 10 и закрыт обратный клапан 29. Вода, двигаясь во флотационной емкости 4 сверху вниз, поступает через входное отверстие 9 в переходную камеру 5, где поднимается вверх. При этом оставшиеся в воде пузырьки воздуха скапливаются в верхней части переходной камеры и удаляются через воздушный вантуз 11. Вода через выпускное отверстие 10 поступает в верхнюю часть фильтрующей камеры 6 (промывное пространство), фильтруется сверху вниз через слой фильтрующей загрузки 12, собирается дренажной системой 13, далее по всасывающей трубе 19 поступает в насос 16 и по напорной трубе 22 подается в систему водоснабжения. Таким образом, непосредственно в водоисточнике обеспечивается двухступенчатая очистка воды методами флотации и фильтрования. В процессе этой очистки слой фильтрующей загрузки 12 постепенно загрязняется, что приводит к снижению давления во всасывающей трубе 19. Величина этого давления контролируется электрическим вакуумметром 21 и в виде электрического сигнала передается в блок автоматического управления 18. Когда величина давления уменьшается до определенного минимального значения Pmin, по команде блока управления 18 установка переключается на режим промывки фильтрующей загрузки. При этом сначала отключается насос 16 и одновременно закрываются задвижки 20 и 23, затем закрывается задвижка 28 (полностью или частично в зависимости от принятого режима промывки), открывается задвижка 27 и уменьшается давление компрессора 18 до определенной величины P1, которая соответствует требованиям режима промывки. Это приводит к открытию клапана 15, а по трубе 19 через дренажную систему 13 в подфильтровое пространство 14 начинает поступать воздух.

В фильтрующей камере 6 давление повышается за счет давления компрессора и воздействия остаточного давления из напорной емкости 8. Это обеспечивает открытие обратного клапана 29 и закрытие обратного клапана 10. Таким образом, обеспечивается водовоздушная промывка фильтрующей загрузки в направлении снизу вверх. Промывная вода, пузырьки воздуха и частицы загрязнений выносятся в водоисточник. Водовоздушная смесь для промывки в начальный период образуется за счет имеющихся объемов воды в подфильтровом пространстве 14 и в напорной емкости 8, а затем путем поступления воды в подфильтровое пространство из источника через флотационную емкость 4, перфорированную трубчатую систему 7, напорную емкость 8 и отверстие 15.

После промывки в течение определенного времени Т по сигналу блока управления 18 обеспечивается переключение установки на режим очистки воды. Для этого сначала закрывается задвижка 27, затем открывается задвижка 28 и на компрессоре 17 изменяется давление с величины P1 на величину Р2, определяющую режим очистки воды. Это обеспечивает закрытие клапана 15, после чего в емкости 4 начинается процесс флотации. Затем включается насос 16 и открываются задвижки 20 и 23. Это приводит к закрытию обратного клапана 29 и открытию обратного клапана 10.

По сравнению с прототипом установка по изобретению обладает следующими преимуществами:

1. Уменьшаются габаритные размеры и, как следствие, расширяются возможности использования, в том числе в мелководных источниках.

2. Не требуется устройство подземных сооружений: входной камеры и камеры переключения.

3. Уменьшаются строительные и эксплуатационные затраты.

4. Повышается качество очищенной воды.

5. Увеличивается производительность.

Изобретение можно использовать для технического и питьевого водоснабжения. Установки могут быть заводского серийного изготовления и использоваться также для временных водопроводов, полевого и военного водоснабжения.

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. SU, авторское свидетельство 1528873, кл. Е 03 В 3/32, 1989.

3. RU, патент на изобретение 2095524, кл. Е 03 В 3/32, 1987.

4. Справочник по очистке природных и сточных вод / Л.Л. Пааль и др. - М. : Высшая школа, 1994, с.113.

5. Логинов В.П., Шуссер Л.М. Краткий справочник по сельскохозяйственному водоснабжению. - М.: Колос, 1974, с.263, рис.4.1.

6. СниП 2.04.02 - 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985, с.35, табл. 23.

7. Витальев В.И., Филинов B.C. Приборы и средства автоматизации систем теплоснабжения зданий: Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1987, с.48-55.

8. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - М.: Энергия, 1970, с. 189, рис.6.2.