Микрофильтр комплекса водоподготовки

 

Изобретение относится к технике фильтрования при микробной безреагентной подготовке воды для питьевых нужд из водоемов в условиях хранения на подводных и надводных судах длительного плавания, экипажей космических кораблей и орбитальных станций. Микрофильтр комплекса водоподготовки содержит корпус с патрубками подвода воды, отвода очищенной воды и взвесей, приводной вал с верхним и нижним дисками, закрепленную между ними нежесткую фильтровальную перегородку. Нижний диск снабжен механическим излучателем ультразвука в виде перфорированного кольца, взаимодействующего с камерой подвода сжатого воздуха, крышка которой, прилегающая к кольцу нижнего диска, выполнена перфорированной. Напорная полость верхнего диска выполнена с лопастями, сообщена с патрубком подвода воды и снабжена перфорированными трубками, установленными перпендикулярно верхнему диску и сообщающими напорную полость с внутренней полостью нежесткой фильтровальной перегородки. Последняя соединена коллектором с источником подвода к ее поверхности электрического тока. Патрубок подвода воды в напорную полость верхнего диска сообщается через дезинтегратор с биофильтром, содержащим корпус с технологическими патрубками, образующими секции с размещенной на перегородках зернистой иммобилизационной насадкой. Под перегородками размещены тангенциальные патрубки подвода воздуха от нагнетателя. Технический результат - повышение эффективности водоподготовки и расширение технологических возможностей. 3 ил.

Изобретение относится к технике фильтрования при микробной безреагентной подготовке воды для питьевых нужд из водоемов в условиях хранения на надводных и подводных судах длительного плавания, экипажей космических кораблей и орбитальных станций.

Известен микрофильтр, содержащий корпус с патрубками подвода воды, отвода очищенной воды и взвесей, приводной вал с верхним и нижним дисками, закрепленную между ним нежесткую фильтровальную перегородку, причем нижний диск снабжен механическим излучателем ультразвука в виде перфорированного кольца, взаимодействующего с камерой подвода сжатого газа, крышка которой, прилегающая к кольцу нижнего диска, выполнена перфорированной, причем напорная полость верхнего диска выполнена с лопастями, сообщена с патрубком подвода воды, снабжена перфорированными трубками, установленными перпендикулярно верхнему диску, сообщающими напорную полость с внутренней полостью нежесткой фильтровальной перегородки, которая коллектором сообщена с источником подвода к ее поверхности электрического тока, а патрубок подвода воды в напорную полость верхнего диска сообщен через дезинтегратор с биофильтром, содержащим корпус с технологическими патрубками, выполненный с провальными и перфорированными перегородками, образующими секции, с размещенной на перегородках абразивной зернистой иммобилизационной насадкой, а под перегородкам размещены тангенциальные патрубки подвода воздуха от нагнетателей (патент РФ 2154616, кл. С 02 F 9/14, 1998), недостатком которого является внедрение в очищаемую воду микрофлоры из сжатого воздуха, поступающего через механический излучатель ультразвука и низкие технологические возможности комплекса водоподготовки, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности достигается тем, что патрубок отвода взвесей из микрофильтра сообщен с дезинтегратором, содержащим корпус с патрубками подвода взвесей и отвода дезинтеграта, размещенный в корпусе зубчатый ротор, взаимодействующий через перфорированную вставку с полостью смеси протиевой и дейтериевой воды, которая патрубком сообщена со средней частью ректификационной колонны, содержащей перфорированные провальные перегородки, образующие секции, а верхняя часть колонны патрубком через гидравлический затвор и дефлегматор сообщена со сборником особо чистой протиевой воды, а нижняя часть содержит сборник дейтериевой воды, снабженный теплообменником, причем сборник дейтериевой воды патрубком сообщен с приемной камерой установки электролиза, катодная секция которой по кислороду сообщена со сборником и пульсатором механического излучателя ультразвука, а анодная секция со сборником дейтерия, который струевыми компрессорами через электродуговые плазмообразователи сообщен с тангенциальными патрубками торокамеры, снабженной магнитными катушками и парами полюсов магнитов, при этом торокамера выполнена с сопряженными каналами, установленными в них заостренными электродами генератора токоимпульсов и заостренными электродами токосъемной нагрузки, а тангенциальные патрубки отвода сопряженных каналов сообщены с тангенциальными патрубками ввода в торокамеру и через теплообменники взаимодействуют с водоциркуляционным контуром, в котором последовательно установлены парогенератор, паровая турбина привода электрогенератора, пароконденсатор, а сопряженные каналы выполнены с пористыми вставками, сообщающими внутреннюю полость торокамеры с отсеченной полостью и установкой низкотемпературного отделения гелия.

На фиг.1 схематически показан микрофильтр, продольный разрез; на фиг.2 - схема комплекса водоподготовки с применением микрофильтра; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.

Обоснование достижения цели изобретения приведено в описании работы микрофильтра в комплексе водоподготовки.

Микрофильтр комплекса водоподготовки содержит корпус 1 с патрубками: 2 - подвода воды, 3 - отвода очищенной воды, 4 - отвода взвесей, установленный в корпусе 1 приводной вал 5 с верхним 6 и нижним 7 дисками, закрепленную между ними нежесткую фильтровальную перегородку 8, причем нижний диск 7 снабжен механическим излучателем ультразвука в виде перфорированного кольца 9, взаимодействующего с камерой подвода сжатого газа 10, крышка 11 которой, прилегающая к кольцу 9 нижнего диска 7, выполнена с отверстиями, оси которых совпадают с осями отверстий кольца 9. Напорная полость 12 верхнего диска выполнена с лопастями, сообщена с патрубком 2 подвода воды, снабжена перфорированными трубками 13, установленными перпендикулярно верхнему диску 6, сообщающими напорную полость 12 с внутренней полостью 14 нежесткой фильтровальной перегородки 8, которая коллектором 15 сообщена с источником (на чертеже не показан) подвода электрического тока к ее поверхности, а патрубок подвода 2 в напорную полость 12 сообщен через дезинтегратор 16 с биофильтром 17, содержащим корпус с технологическими патрубками 18 и 19, выполненный с провальными перфорированными перегородками 20, образующими секции 21, с размещенной на перегородках 20 абразивной зернистой иммобилизационной насадкой 22, а под перегородками 20 размещены тангенциальные патрубки 23 подвода воздуха от нагнетателя 24. Дезинтегратор 16 сообщен через насыпные фильтры 25 и 26 с водоемом 27. Микрофильтр 28 патрубком 4 сообщен с дезинтегратором 29, содержащим корпус с патрубком 30 подвода взвесей и патрубком 31 отвода дезинтеграта, размещенный в корпусе зубчатый ротор 32, взаимодействующий через перфорированную вставку 33 с полостью 34 смеси портиевой и дейтериевой воды, которая патрубком 35 сообщена со средней частью реактификационной колонны 36, содержащей перфорированные провальные перегородки 37, образующими секции 38, а верхняя часть 39 патрубком 40 через гидравлический затвор 41 и дефлегматор 42 сообщена со сборником 43 особо чистой протиевой воды, а нижняя часть 44 содержит сборник 45 дейтериевой воды, снабженный теплообменником 46, причем сборник 45 патрубком 47 сообщен с приемной камерой 48 установки электролиза 49, катодная секция 50 которой по кислороду сообщена со сборником 51 и пульсатором 52 механического излучателя ультразвука микрофильтра 28, а анодная секция 53 со сборником 54 дейтерия, который струевыми компрессорами 55 и 56 через электродуговые плазмообразователи 57 и 58 сообщены с тангенциальными патрубками 59 и 60 торокамеры 61, снабженной магнитными катушками 62 и парами полюсов магнитов 63, при этом торокамера 61 выполнена с сопряженными каналами 64 и 65, установленными в них заостренными электродами 66 и 67 генератора 68 токоимпульсов и заостренными электродами 68а и 69 токосъемной нагрузки 70, а тангенциальные патрубки 71 и 72 отвода сопряженных каналов 64 и 65 сообщены с тангенциальными патрубками ввода 59 и 60 торокамеры 61 и через теплообменники 73 и 74 взаимодействуют с водоциркуляционным контуром 75, в котором последовательно установлены парогенератор 76, паровая турбина 77 привода электрогенератора 78, пароконденсатор 79, а сопряженные каналы 64 и 65 выполнены с пористыми вставками 80, сообщающими внутреннюю полость 81 торокамеры 61 с отсеченной полостью 82 и установкой низкотемпературного отделения гелия 83. Корпус 1 микрофильтра 28 выполнен с олигодинамическим покрытием 84 из серебра или сплава серебра с медью напротив нежесткой фильтровальной перегородки 8.

Микрофильтр в комплексе водоподготовки работает следующим образом.

Вода из водоема 27 периодически проходит через насыпные фильтры 25 и 26 с кварцевым песком, при работе фильтра 25 в режиме отчистки фильтр 26 находится в режиме регенерации. Вода поступает в дезинтегратор 16, в котором под воздействием гидроударных и кавитационных факторов происходит разрушение оболочек микрофлоры водоема, прошедшей через фильтры 25 и 26. При разрушении оболочек микрофлоры внутриклеточная жидкость переходит в воду, обогащая ее нуклеиновыми кислотами, ферментами, микроэлементами, витаминами и другими биологическими активными компонентами, которые исчерпываются аэробами биофильтра 17, в который через патрубок 18 поступает вода. На абразивной зернистой иммобилизационной насадке 22 (керамзит, модифицированный цеолит, вспученный перлит) в биопленке происходит исчерпывание из воды растворенных примесей, причем за счет тангенциального подвода воздуха через патрубки 23 от нагнетателей 24 происходит разрушение старых и мертвых клеток биопленки. При перемещении воды сверху вниз с провалом через насадку 22 и перегородки 20 микрофлоры биопленки исчерпывает из воды дейтерий в виде дейтериевой воды, которая является вредной примесью, разрушающей почки и нарушающей обмен веществ в организме человека, причем за счет автоселекции происходит повышение исчерпывающих факторов в биопленке при переходе от верхних слоев насадки 22 к нижним перегородкам 20. За счет сукцессии, т.е. использования продуктов жизнедеятельности (метаболитов) происходит накопление дейтериевой воды при выходе через патрубок 19 в микрофильтр 28, в котором на нежесткой фильтровальной перегородке 8 происходит отделение фрагментов биопленки. Воду в факеле распыла после выхода из трубок 13 обрабатывают ультразвуком из механического излучателя с насыщением ее кислородом. Для перемещения слоя насадки из биопленки по нежесткой перегородке 8 под действием тангенциальной составляющей центробежной силы перегородку 8 подвергают вибрированию толчками кислорода, подаваемого пульсатором 52. Очищенную воду подвергают олигодинамической обработке ионами серебра или смесью ионов серебра и меди на облицовке 84 корпуса 1 и воду через патрубок 3 отводят для использования по назначению. Биомасса фрагментов биопленки через патрубок 4 поступает по патрубку 30 в дезинтегратор 29. При вращении зубчатого ротора 32 вода переходит через перфорированную вставку 33 в полость 34. Дейтеривая вода имеет плотность на 10% и вязкость на 23% больше протиевой вытесняет ее из полости 34 в область работы ротора 32 и через патрубок 31 поступает на повторную обработку в биофильтр 17. Смесь дейтериевой и протиевой воды через патрубок 35 поступает в среднюю часть ректификационной колонны. Дейтеривая вода имеет температуру кипения 101,4^oС, т.е. является высококипящим компонентом по отношению к протиевой воде. Путем многократных частичных испарений и конденсаций паров в сборнике 43 получают стерильно чистую протиевую воду, а в сборнике 45 - дейтериевую, которая поступает в приемную камеру 48 электролизной установки 49. В катодной секции 50 происходит накопление кислорода, который поступает в сборник 51, а из него в пульсатор 52 микрофильтра 28. Из анодной секции 53 дейтерий отбирают в сборник 54. Струевыми компрессорами 55 и 56 дейтерий прокачивают через плазмообразователи 57 и 58 от электродуги переводят в плазму, которую закачивают через тангенциальные патрубки 59 и 60 в торокамеру 61 и перемещают в сопряженных каналах 64 и 65 навстречу друг другу. Под воздействием импульсов между заостренными электродами 66 и 67 от генератора 68 электроны, перемещающиеся со скоростью света, сообщают ионам плазмы скорость порядка 600-800 м/с. При соударении струй дейтерия происходит синтез гелия, который отводят через пористые вставки 80 из полости 81 в отсеченную полость 82 в установку 83 низкотемпературного отделения гелия. Плазму из каналов 64 и 65 отводят через тангенциальные отводы 71 и 72 на рециркуляцию. За счет самоиндукции импульсов и разности скоростей перемещения электронов и ионов возникает электрический ток между заостренными электродами 68а и 69, который отводят токосъемной нагрузкой 70. При отводе плазмы через отводы 71 и 72 часть ее тепла в теплообменниках 73 и 74 воспринимает охлаждающий водоконтур 75, который переводят в пар в парогенераторе 76, пар вращает турбину 77 электрогенератора 78 с отводом электротока к коллектору 15 микрофильтра 28. После конденсации в конденсаторе 79 вода продолжает циркуляцию в контуре 75.

Многостадийная обработка воды ультразвуком, ионами олигодинамического покрытия, насыщение кислородом, освобождение от дейтериевой воды создают условия для последующего его длительного хранения на надводных и подводных судах длительного плавания, для питьевых нужд экипажей космических кораблей и орбитальных станций, для консервирования, наполнения пластиковых бутылок индивидуального пользования, т.е. осуществление цели изобретения - повышения эффективности водоподготовки, а выработка в ректификационной колонне особо чистой стерильной воды для лекарственных препаратов, выработка электрической энергии расширяет технологические возможности микрофильтра в комплексе водоподготовки. Воздействие на поток плазмы магнитных катушек 62 и пар полюсов магнитов 63 в описании не приведено в связи с известностью из других источников информации. По этой же причине не раскрыты конструктивные особенности фильтров 25 и 26, дезинтеграторов 16 и 29, ректификационной колонны 36, установки 83 низкотемпературного отделения гелия и выходит за пределы единства цели изобретения.

Отказ от применения дорогостоящего и дефицитного глинозема, загрязняющего воду своими примесями, улучшает качество воды и снижает стоимость водоподготовки. Отказ от хлорирования воды, насыщающего воду диоксинами, которые в тысячи раз вреднее цианистого калия, и переход на комплекс обеззараживания ультразвуком, олигодинамической обработкой, исчерпывание из питьевой воды дейтериевой, насыщение воды кислородом повышает качественные показатели.

Формула изобретения

Микрофильтр комплекса водоподготовки, содержащий корпус с патрубками подвода воды, отвода очищенной воды и взвесей, приводной вал с верхним и нижним дисками, закрепленную между ними нежесткую фильтровальную перегородку, причем нижний диск снабжен механическим излучателем ультразвука в виде перфорированного кольца, взаимодействующего с камерой подвода сжатого газа, крышка которой, прилегающая к кольцу нижнего диска, выполнена перфорированной, причем напорная полость верхнего диска выполнена с лопастями, сообщена с патрубком подвода воды, снабжена перфорированными трубками, установленными перпендикулярно верхнему диску, сообщающими напорную полость с внутренней полостью нежесткой фильтровальной перегородки, которая коллектором сообщена с источником подвода к ее поверхности электрического тока, а патрубок подвода воды в напорную полость верхнего диска сообщен через дезинтегратор с биофильтром, содержащим корпус с технологическими патрубками, выполненный с провальными перфорированными перегородками, образующими секции, с размещенной на перегородках зернистой иммобилизационной насадкой, а под перегородками размещены тангенциальные патрубки подвода воздуха от нагнетателя, отличающийся тем, что патрубок отвода взвесей из микрофильтра сообщен с дезинтегратором, содержащим корпус с патрубками подвода взвесей и отвода дезинтеграта, размещенный в корпусе зубчатый ротор, взаимодействующий через перфорированную вставку с полостью смеси протиевой и дейтериевой воды, которая патрубком сообщена со средней частью ректификационной колонны, содержащей перфорированные провальные перегородки, образующие секции, а верхняя часть колонны патрубком через гидравлический затвор и дефлегматор сообщена со сборником особо чистой протиевой воды, а нижняя часть содержит сборник дейтериевой воды, снабженный теплообменником, причем сборник дейтериевой воды патрубком сообщен с приемной камерой установки электролиза, катодная секция которой по кислороду сообщена со сборником и пульсатором механического излучателя ультразвука, а анодная секция - со сборником дейтерия, который струевыми компрессорами через электродуговые плазмообразователи сообщен с тангенциальными патрубками торокамеры, снабженной магнитными катушками и парами полюсов магнитов, при этом торокамера выполнена с сопряженными каналами, установленными в них заостренными электродами генератора токоимпульсов и заостренными электродами токосъемной нагрузки, а тангенциальные патрубки отвода сопряженных каналов торокамеры сообщены с тангенциальными патрубками ввода и через теплообменники взаимодействуют с водоциркуляционным контуром, в котором последовательно установлены парогенератор, паровая турбина привода электрогенератора, пароконденсатор, а сопряженные каналы выполнены с пористыми вставками, сообщающими внутреннюю полость торокамеры с отсеченной полостью и установкой низкотемпературного отделения гелия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3