Улучшенная система для очистки воды улучшенная система для очистки воды - RU2176928C2

Чертежи

Показать все 51 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к системам для очистки воды, использующим явление обратного осмоса и/или технологии наносепарации с использованием тонких пленочных мембран.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройства для очистки воды и/или сточных вод, в которых используются обычная технология мембранной сепарации, включающая обратный осмос и/или технологию наносепарации с использованием тонких пленочных мембран, широко известны и продаются уже много лет. Примером устройства, использующего обычную технологию мембранной сепарации, является аппарат, показанный на фиг. 1 и описанный в общих чертах ниже.

Обычная технология мембранной сепарации включает, как правило, следующие процессы.

Сырая (необработанная) вода из источника А подается на вход обычного устройства мембранной сепарации самотеком в условиях пониженного давления или под давлением нагнетательным насосом или под действием силы тяжести.

Перед обычным устройством мембранной сепарации расположен фильтр грубой очистки B, отделяющий крупные твердые частицы, которые могут помешать работе или повредить последующие насосы и/или мембраны.

Затем располагаются аппарат предварительной очистки С и устройства для удаления растворенных ионов, заряженных примесей и/или взвешенных примесей, которые могут повредить или помешать нормальной работе мембранного сепаратора. Неполный список обычных устройств, используемых в настоящее время в обычных технологиях мембранной сепарации, используемые химикаты, расходы, устройства для предварительной очистки, а также примеси, для очистки которых они предназначены, приводится в табл. 1.

Фильтры тонкой очистки D, обычно одноразовые патроны картриджного типа, используются в небольших системах, и/или автоматизированные системы с песчано-коагуляционными фильтрами используются в больших системах и располагаются после блока предварительной очистки. Целью этих устройств является обеспечение фильтрации частиц, размер которых превышает 15 микрон, и достижение показателя плотности осадка ниже 5. Это максимальные уровни, обычно приемлемые в системах, использующих обычную технологию мембранной сепарации.

В систему обычно также устанавливается отсечной клапан E для неочищенной воды, как правило, автоматический и управляемый мембранным сепаратором, для предотвращения поступления воды в мембранный сепаратор, когда вся система находится в нерабочем состоянии.

Нагнетательный насос F системы подачи неочищенной воды или блок нагнетательного насоса расположен после отсечного клапана и предназначен для увеличения давления подачи неочищенной воды до приемлемого уровня, который выше осмотического давления раствора неочищенной воды. Рабочее давление может быть разным и зависит от типа применяемого устройства. Как правило, чем выше уровень содержания растворенных твердых веществ в растворе обрабатываемой неочищенной воды, тем более высокое давление в системе. Обычные уровни давления приведены в табл. 2.

Более высокое рабочее давление увеличивает как выход воды с мембранных сепараторов, используемых обычным способом, так и улучшает качество получаемой воды, при этом получают давление более высокое, чем то, которое указано для уровня растворенных твердых веществ, присутствующих в неочищенной воде, и иногда используется. В то же время работа на более высоком давлении увеличивает расходы на обработку в расчете на единицу очищенного продукта.

Как нагнетательный насос системы подачи неочищенной воды, так и блок нагнетательного насоса должны создавать давление, требуемое для работы мембранного сепаратора и обеспечения требуемого потока. Большинство известных мембранных сепараторов позволяют получить только 10 - 15% очищенной воды от первоначального потока неочищенной воды в течение установленного срока службы мембраны, при обеспечении нужного качества воды и гарантированных характеристик мембраны. Некоторые изготовители обычных мембранных сепараторов не выдерживают такие характеристики, однако это является практикой, не заслуживающей одобрения.

Комбинации насос/мотор могут включать моторы с воздушным охлаждением и напорными насосами, одноступенчатые или многоступенчатые центробежные насосы, или погружные насосы с водяным охлаждением с многоступенчатыми центробежными насосами. Средний КПД моторов для конструкций этих насосов приводится ниже:
Мотор с воздушным охлаждением, напорный насос - 55%
Мотор с воздушным охлаждением, центробежный насос - 60%
Погружной насос с водяным охлаждением, центробежный насос - 75%
Большая часть обычных мембранных сепараторов работает с моторами, предусматривающими воздушное охлаждение. Эти моторы являются наименее эффективными, при этом тепло, вырабатываемое такими моторами, теряется в атмосфере.

Чтобы удовлетворять требованиям по гарантийному сроку работы, нагнетательный насос или блок нагнетательного насоса должны иметь производительность в 8, желательно в 10, раз больше, необходимую для перемещения ожидаемого окончательного потока очищенной воды. Излишек воды может быть слит, что приводит к напрасному расходу воды, однако этот излишек воды можно направить на повторную обработку. В любом случае, основной насос(ы) для перекачки неочищенной воды должен быть способен перекачать тот же объем воды. Это требует значительной мощности насосов, как это отражено в табл. 3.

ФОРМУЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ, ИСЧИСЛЯЕМОЙ В ЛОШАДИНЫХ СИЛАХ:

Использованная вода сбрасывается с питательных шайб мембраны со стороны, противоположной стороне подачи. На мембранный сепаратор, расположенный последним в ряду, поступает более концентрированная питающая вода, поскольку предыдущие мембранные сепараторы уже извлекли воду из раствора питающей воды. Это увеличивает содержание загрязняющих веществ в питающей воде по мере того, как она проходит через каждый следующий сепаратор, что в свою очередь приводит к преждевременному износу мембран, расположенных последними. Эта проблема еще более усугубляется, если имеется набор мембран.

Мембранные сепараторы периодически промываются для удаления твердых частиц и шлама, присутствующих внутри шайб, расположенных внутри мембранного сепаратора. При промывании нескольких мембранных сепараторов, расположенных последовательно, промывка происходит в том же направлении, что и направление рабочего потока. Это ухудшает эффективность промывки, в особенности средних и последних мембранных сепараторов, поскольку твердые частицы и шлам, присутствующие в питательных шайбах предыдущих мембранных сепараторов, выдавливаются в питательные шайбы последующих мембранных сепараторов. Промывка также не может удалить твердые частицы, шлам или другие материалы, покрывающие поверхность мембраны. Это особенно заметно, когда имеется набор мембран.

Выбор мембраны зависит от качества питательной воды, качества очищенной воды и ее желаемого количества. Все существующие мембранные сепараторы имеют либо ромбовидные, либо параллельные питающие шайбы. Существующие питательные шайбы образуют пространство между соседними частями мембраны и позволяют воде перетекать с одной части на другую. Твердые частицы, идущие по шайбам, имеют тенденцию застревать в них и забивать мембранный сепаратор.

Застревание твердых частиц внутри шайб затрудняет выход полезного продукта в существующих мембранных сепараторах. Полезный продукт - это количество воды, извлекаемое из неочищенной поданной воды. Остающийся концетрированный поток сбрасываемой воды - это окончательный объем воды, остающейся после того, как мембранный сепаратор извлек из него определенное количество очищенной воды. Если, например, подается 100 галлонов воды в существующий мембранный сепаратор и 50 галлонов извлекаются в качестве окончательного продукта, 50 галлонов концентрированного остаточного раствора сливаются в канализацию. Это означает, что выход полезного продукта составляет 50%.

Ионы, присутствующие в неочищенной подаваемой воде, вначале растворены в растворе, но по мере того как вода извлекается из подаваемого потока неочищенной воды, уменьшается количество неочищенной воды. Если в остающемся объеме имеется слишком высокая концентрация загрязняющих ионов (более чем Ksp раствора), некоторые из них выпадают из раствора внутри структуры шайбы питающей мембраны и засоряют мембрану, образуя на мембранном сепараторе тонкую пленку или засоряя шайбы мембранного сепаратора, в результате чего часть мембранного сепаратора перестает пропускать полезный продукт. Это может быть особенно опасно в существующих мембранных сепараторах, если загрязняющие вещества, выходящие из растворенного состояния, представляют собой железо, марганец, органика или масла. Эта проблема особенно ощутима в наборных сепараторах, там где пытаются получить большой выход полезного продукта.

Для контроля обратного давления на мембранный сепаратор и для контроля объема сбрасываемой воды, выходящей из существующих установок, используется выходной сбрасывающий клапан 1 управления давлением на мембране.

Часто для того, чтобы уменьшить количество отходов, применяется рециркуляционный клапан J. Рециркуляционный клапан направляет выбранную часть сбрасываемого потока из мембранного сепаратора до того, как он пройдет через выходной сбрасывающий клапан управления давлением на мембране обратно на вход насосной системы повышения давления подаваемой воды. Эта вода сохраняется в системе, но ее давление необходимо поднять до рабочего давления системы перед ее возвратом на мембранные сепараторы. Хотя эта технология позволяет уменьшить потери воды, это не позволяет получить каких-либо преимуществ в смысле сокращения потребляемой мощности.

Возвращенная вода, поступающая с выхода для концентрированных отходов и направляемая вновь (рециркулируемая) в установку, будет иметь более высокое полное содержание нерастворенных твердых веществ, чем входящая неочищенная вода, и будет содержать концентрированные уровни всех загрязняющих веществ, присутствующих в потоке поступающей неочищенной воды. Это необходимо принимать во внимание при определении характеристик загрязнения мембранных сепараторов, используемых в существующих установках.

Большинство существующих установок мембранных сепараторов включают автоматический или ручной клапан K быстрой промывки мембранного сепаратора. Этот клапан позволяет направлять неочищенную воду или воду из наружного источника свежей воды на максимальной скорости насоса через мембранный сепаратор, с тем чтобы вымыть материалы, которые осели в шайбах мембранного сепаратора. Промывка мембранного сепаратора производится только в одном направлении и не является особенно эффективной.

Иногда устанавливаются дополнительные емкости L для подачи химикатов к мембранам, используемые в качестве интегрированных очистных блоков внутри существующих мембранных сепараторов, что позволяет производить химическую очистку нескольких или одного мембранного сепаратора после того, как он загрязнится или покроется пленкой.

При использовании обычных технологий мембранной сепарации часто бывает необходимо применение блока М химической очистки окончательного продукта (воды), особенно это необходимо, если используется кислота на этапе предварительной очистки. Окончательно очищенная вода, полученная в соответствии с существующими технологиями мембранной очистки, как правило, является очень агрессивной и непригодной для большинства бытовых нужд и для транспортировки по водопроводным линиям.

Существующие в настоящее время устройства мембранной сепарации имеют много недостатков. Из них самыми нежелательными являются:
а) непродолжительный срок службы мембранных сепараторов, работающих в обычном режиме, из-за требований химической очистки, из-за неполадок на стадии осуществления предварительной очистки и из-за нормального износа;
б) ускоренный износ мембранных сепараторов, расположенных в конце цепочки, из-за более высокой степени накопления твердых нерастворенных веществ/загрязнителей, образующихся по мере того, как питающий раствор становится более концентрированным после мембранных сепараторов, расположенных ранее в цепи и извлекших очищенную воду из раствора;
в) ускоренный износ мембранных сепараторов, постоянно испытывающих воздействие твердых частиц и шлама, поступающих в подаваемую воду вместе с рециркуляционной сточной водой после самих мембранных сепараторов, когда концентрированный поток сточной воды опять поступает на нагнетательный насос и затем непосредственно на мембранные сепараторы;
г) ускоренный износ каждого первого мембранного сепаратора, установленного внутри корпуса последовательного набора сепараторов, в результате воздействия высокоскоростного потока подаваемой воды под давлением, который часто содержит абразивные твердые вещества из первоначального потока неочищенной воды, либо из рециркуляционного потока, который воздействует непосредственно на первый мембранный сепаратор в цепи;
д) ускоренный износ и засорение мембранных сепараторов, поскольку существующая конструкция шайб мембранных сепараторов способствует удержанию и накоплению твердых веществ, ила и загрязнителей, выпадающих из раствора в результате его перенасыщения;
е) ускоренный износ и засорение существующих мембранных сепараторов, поскольку имеется один поток, существует только одно направление и неэффективное промывание питающих шайб, а также образуется тонкопленочная поверхность;
ж) высокая потребляемая мощность и эксплуатационные расходы, связанные с известной конструкцией нагнетательного насоса мембранного сепаратора неочищенной воды, а также конструкцией тракта сброса - оборота - рециркуляции воды;
з) значительные трудозатраты и связанные с ними эксплуатационные расходы, обусловленные требованиями к предварительной обработке воды со стороны мембранного сепаратора, работающего известным способом;
и) значительные расходы, связанные с использованием химикатов для предварительной обработки воды и оборудования для предварительной обработки, требуемого для работы известных мембранных сепараторов;
к) значительные повреждения мембран, работающих по известному способу, в случае, если выходят из строя устройства предварительной обработки воды и/или схемы подачи химикатов;
л) повреждения мембранных сепараторов, работающих по известному способу, в случае изменения условий подачи неочищенной воды, вызывающих сбои в схеме предварительной очистки воды;
м) значительные расходы, связанные с постоянной корректировкой работы схемы предварительной очистки воды по мере изменения условий подачи неочищенной воды;
н) потенциальное загрязнение окончательно очищенной воды в случае проникновения химикатов предварительной обработки воды в поток воды, в случае выхода из строя мембранного сепаратора, уплотнения мембранного сепаратора или заглушки готового продукта мембранного сепаратора;
о) высокие требования к химической очистке при использовании существующей технологии обычным способом для удаления накопившегося слоя с тонкопленочной поверхности;
п) трудности, связанные с утилизацией концентрированной отработанной воды после мембранных сепараторов на стадии предварительной обработки; и
р) снижение ожидаемого срока службы и снижение эффективности работы мембраны после каждой обработки химикатами мембранного сепаратора по существующей технологии.

Некоторые другие недостатки, связанные с использованием существующего способа мембранной сепарации, приведены ниже. Эксплуатация традиционного устройства для обработки воды с использованием технологии мембранной сепарации сопряжена с очень высокими расходами, что часто делает ее экономически нецелесообразной. Эти расходы связаны с очень высокими расходами на электроэнергию, очень высокими расходами и сложными эксплуатационными процедурами, связанными с объемным и сложным оборудованием для предварительной обработки воды, с очень высокими расходами, связанными с заменой элементов мембранного сепаратора, когда они засоряются, забиваются или преждевременно выходят из строя в результате некачественной промывки, некачественно выполненных процедур химической очистки и/или неэффективной работы вообще. В случае сбоев в системе предварительной очистки, в особенности, если в мембранный сепаратор в результате таких сбоев попадают перманганат соды, озон или хлорные соединения, часто происходит полный выход из строя мембранного сепаратора.

Мембранные сепараторы, используемые существующим способом вместе с необходимым оборудованием предварительной очистки и/или химикатами, вынуждают всю входящую воду подвергать предварительной очистке. Это часто влечет за собой неприемлемые расходы по обработке воды, которая в конечном итоге сливается в канализацию, и окончательно очищенной воды. В случаях, когда выход очищенной воды на мембранных сепараторах составляет пятьдесят процентов или меньше, устройства предварительной очистки и/или химикаты должны подаваться в количестве, вдвое превышающем количество, необходимое для окончательного объема очищенной воды, что приводит к неоправданным расходам на предварительную обработку воды.

Предварительная обработка значительно ухудшает качество окончательно очищенной воды. К наиболее известным средствам предварительной очистки относятся такие средства, как смягчители воды, представляющие собой соды, золы/извести, но их применение приводит к замещению моновалентных ионов (таких, как натрий, калий, хлориды) неприемлемыми ионами, которые необходимо удалить из воды, подаваемой в систему мембранных сепараторов, такими как кальций, сульфаты, магний, железо, марганец, кремний, органические комплексы, и т.д. Существующие мембранные сепараторы очень эффективны для удаления кальция, сульфата, кремния и т.д., но менее эффективны для удаления натрия, хлорида и калия. Если бы поступающая необработанная вода не требовала предварительной обработки, общее содержание растворенных твердых веществ, калия, хлорида и/или натрия в окончательно очищенной воде было бы меньше.

Имеются многочисленные недостатки в области экологии. Необходимо сбрасывать сточную воду. Во многих случаях при использовании существующей технологии, и при использовании существующего оборудования предварительной очистки воды и химикатов, вода, отходящая от мембранных сеператоров, может стать токсичной или опасной. Единственной причиной токсичности или опасной природы сбрасываемой отработанной воды является работа самих устройств для предварительной очистки и использование химикатов предварительной обработки. Отходы, получаемые в результате очистки мембранных сепараторов, используемых по существующей технологии, часто являются токсичными и, как правило, их нельзя сбрасывать без специальной обработки или очистки.

Мембранные сепараторы, используемые обычным способом, потребляют чрезмерно большое количество воды, поскольку для быстрой промывки приходится часто использовать большие количества сырой воды, чтобы смыть твердые вещества и шлам, уловленные питающими шайбами и накопившиеся на тонкопленочной поверхности мембранных сепараторов. Это представляет одновременно опасность с точки зрения экологии по причине сброса большого количества использованной воды и истощения запасов сырой воды.

Химикаты предварительной очистки воды концентрируются в сбрасываемой воде после использования в существующих системах мембранных сепараторов, причем часто их концентрация превышает экологически допустимые уровни. Если бы химикаты предварительной очистки не были необходимы, меньше возникало бы проблем со сбросом использованной воды, и от нее было бы легче избавиться.

Мембранные сепараторы, используемые в существующей технологии с применением устройств предварительной очистки и/или подачи химикатов предварительной очистки, имеют много недостатков и проблем с точки зрения безопасности, в особенности, когда целью очистки является получение питьевой воды. Химикаты, используемые для предварительной очистки, такие как перманганат калия, очистители накипи, кислоты, соединения алюминия являются токсичными и не приемлемы для потребления человеком.

В случае прорыва мембраны, обхода ее или неисправности эти химикаты могут проникнуть и отравить окончательно очищенную воду и воду, хранящуюся в резервуаре чистой воды. Угроза здоровью, в особенности, когда мембранные сепараторы, работающие по известной технологии, используются для получения питьевой воды, может возникнуть из-за чрезвычайно агрессивной природы окончательно очищенной воды. Обычно такая очищенная вода имеет очень низкое значение pH, очень низкую буферную способность и мало растворенных ионов, кроме натрия и хлоридов. Эта вода охотно растворяет металлы, с которыми она входит в контакт. Особенно это может создать проблемы в системах распределения воды и в жилищных системах, в которых железо (из стальных водопроводных труб), медь и бронза (как из водопроводных труб, так и из сантехнического оборудования) и даже свинец могут растворяться, делая воду не пригодной для питья.

Дополнительная угроза для здоровья в случае использования технологий мембранной сепарации с использованием предварительной очистки, где окончательно очищенная вода используется для питья, является результатом непосредственно самой предварительной очистки. Поскольку уровень натрия в потоке сырой воды повышает допустимый уровень, то в результате этого большинство способов предварительной очистки неприемлемы, поскольку ионы натрия являются наиболее трудными для удаления в мембранных сепараторах, уровень натрия в окончательно очищенной воде практически всегда превышает рекомендуемые нормы, а именно для питьевой воды 20 миллиграмм на 1 литр (мл/л) или 20 частей на миллион (ppm) для людей, которым предписана ограниченная по натрию диета, и не более 80 мг/л для населения в целом.

Системы задвижек, используемые в известных конструкциях мембранных сепараторов, имеют чрезвычайно много недостатков. Вмонтированные в систему задвижки они требуют большого объема обслуживания. Неисправность клапана в задвижке или неправильное положение клапана по любой причине, включая неправильное программирование работы задвижки, может привести к быстрому и/или немедленному выходу из строя самого мембранного сепаратора, выхода из строя других компонентов системы, к загрязнению окончательно очищенной воды и другим серьезным проблемам. Другая проблема, связанная с существующими системами очистки воды, связана с необходимостью создания уплотнения вокруг электрических проводов, которые сообщают электрическую энергию погружным насосам или иным электрическим устройствам. Это представляет особенную проблему, когда электрические провода проходят через стенку контейнера или оболочки, содержащей воду под давлением.

Погружные насосы высокого давления и нагнетают и воду, и обеспечивают ее циркуляцию в мембранных сепараторах при давлениях до или в некоторых случаях выше 1800 psi (фунтов на квадратный дюйм). Насосы обычно располагаются в корпусе, охватывающем насосы и содержащем воду, проходящую вокруг и через насосы. Электрическая энергия подается к насосам через отверстие в корпусе посредством электрического провода, что требует уплотнения во избежание прорыва воды под высоким давлением из корпуса.

На рынке имеются уплотнения для этой и иных целей. Эти уплотнения обычно имеют фитинг для его установки в проеме корпуса и пробку с одним или более отверстиями.

Пробка установлена таким образом, что она охватывает электрический провод, обеспечивая уплотнение. Установлено, что этот тип уплотнения при давлениях более 100 psi (фунтов на квадратный дюйм) не эффективен и не пригоден для длительного использования при давлениях более 100 psi.

Эта проблема также возникает при использовании уплотнений других электрических устройств, используемых в аналогичных условиях. В качестве примеров можно привести погружные нагреватели и сенсорное оборудование.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство очистки воды устраняет необходимость химической предварительной обработки сырой питательной воды, химической очистки мембранного(ых) сепаратора(ов) и химической обработки окончательно очищенной воды. Устройство очистки воды также уменьшает проблемы, связанные с рециркуляцией использованной воды, сокращает потери воды и позволяет экономить энергию или требуемую мощность установок.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ очистки воды из источника водоснабжения, предусматривающий:
использование сырой загрязненной воды источника, содержащей взвешенные частицы и растворенные загрязнители;
использование входа сырой загрязненной воды для приема сырой загрязненной воды из источника сырой загрязненной воды;
использование, по меньшей мере, одного основного подающего насоса, соединенного с входом сырой загрязненной воды для получения загрязненной воды из источника;
повышение давления в загрязненной воде на, по крайней мере, одном подающем насосе до желаемого рабочего давления;
использование средства для очистки воды, содержащего:
по крайней мере, один корпус, имеющий первый вход и второй вход, работа которых организована таким образом, что первый из указанных входов обеспечивает впуск находящейся под давлением загрязненной воды, при этом второй из указанных входов обеспечивает выпуск концентрированной загрязненной воды;
по меньшей мере, один мембранный сепаратор, установленный в корпусе, в который поступает под давлением загрязненная вода с входа корпуса, указанный мембранный сепаратор содержит мембрану сепарации воды с, по крайней мере, одним водопроницаемым слоем, характеристики которого позволяют не пропускать загрязнители, слой, пропускающий очищенную воду, установленный смежно по отношению к водопроницаемому слою, на который поступает вода, проходящая через водопроницаемый слой, и водонесущий канал очищенной воды, проходящий через мембранный сепаратор и соединенный с водопропускающим слоем и получающий от него воду;
выходное отверстие очищенной воды, расположенное в корпусе, соединенное с каналом очищенной воды и получающее из него воду;
средство для хранения очищенной воды, соединенное с выходным отверстием очищенной воды, откуда поступает очищенная вода;
каналы для протекания воды между входом сырой загрязненной воды и, по крайней мере, одним основным нагнетательным насосом, средством очистки воды и средством хранения очищенной воды;
клапанное устройство для направления загрязненной воды через каналы и средство очистки воды;
блок управления запорным устройством;
средство перемещения находящейся под давлением загрязненной воды от, по меньшей мере, одного основного нагнетательного насоса к входу средства очистки воды;
средство пропускания находящейся под давлением загрязненной воды через, по меньшей мере, один мембранный сепаратор;
средство для разделения загрязненной воды в выходной канал для очищенной воды и в выходной канал для концентрированной загрязненной воды посредством направления части загрязненной воды через водопроницаемый слой мембраны сепарации воды;
соединение выходного канала для концентрированной загрязненной воды с выходом корпуса;
соединение выходного канала для очищенной воды после водопроницаемой мембраны с водопропускающим слоем очищенной воды;
соединение выходного канала для очищенной воды после водопроводящего слоя очищенной воды с каналом для очищенной воды;
соединение очищенной воды, выходящей из канала очищенной воды через выходное отверстие очищенной воды, со средством для хранения очищенной воды.

Способ предпочтительно предусматривает следующие стадии:
установку средства нехимической очистки, содержащего:
источник чистой воды;
и насос обратного потока, сообщенный с источником чистой воды и выходным отверстием для очищенной воды;
периодическую очистку сепарационной мембраны, предусматривающую:
повышение давления чистой воды в насосе обратного потока до рабочего давления;
направление находящейся под давлением чистой воды, выходящей из источника чистой воды через насос обратного тока, к выходному отверстию для очищенной воды и через выходное отверстие для очищенной воды к несущему каналу для очищенной воды;
удаление твердых частиц, накопленных на водопроницаемом слое, путем пропускания чистой воды под давлением через мембрану сепарации воды в обратном направлении, при этом указанное обратное направление является направлением от несущего канала для очищенной воды к водопропускающему слою очищенной воды и от водопропускающего слоя очищенной воды через водопроницаемый слой.

Было бы предпочтительно, чтобы способ содержал следующие стадии:
уравнивание наружного давления на, по меньшей мере, одном мембранном сепараторе с внутренним давлением на, по меньшей мере, одном мембранном сепараторе, предусматривающее:
установку в, по крайней мере, одном мембранном сепараторе, по крайней мере, одного уплотнения для обеспечения прохода воды только в одном направлении;
установку, по крайней мере, одного уплотнения в оконечной зоне, по крайней мере, одного мембранного сепаратора между указанным мембранным сепаратором и корпусом мембранного сепаратора таким образом, чтобы масса нагнетаемой воды, входящей в корпус со стороны указанного мембранного сепаратора, противоположной уплотнению, проходила через указанный мембранный сепаратор, проходила поверх и вокруг указанного мембранного сепаратора к уплотнению, охватывающему указанную мембрану.

Было бы предпочтительно, чтобы способ содержал бы следующие стадии:
установку, по крайней мере, одного сепарационного резервуара, имеющего входное отверстие и выходное отверстие, при этом входное отверстие резервуара подсоединено к выходному отверстию корпуса для приема оттуда концентрированной загрязненной воды, а выходное отверстие резервуара сообщено с входным отверстием корпуса;
направление потока концентрированной загрязненной воды с выходного отверстия корпуса мембранного сепаратора на входное отверстие, по крайней мере, одного сепарационного резервуара;
выделение взвешенных и растворенных концентрированных загрязнителей из концентрированной загрязненной воды в сепарационном резервуаре;
рециркуляцию потока загрязненной воды из, по меньшей мере, одного сепарационного резервуара к входному отверстию корпуса мембранного сепаратора;
обеспечение наличия каналов для прохождения воды между средствами очистки воды и, по крайней мере, одним сепарационным резервуаром.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусматривается устройство для очистки воды из источника загрязненной воды, содержащее:
источник сырой загрязненной воды, имеющий взвешенные частицы и загрязняющие растворенные вещества;
входное отверстие сырой воды для приема загрязненной воды из источника сырой воды;
по меньшей мере, один основной нагнетательный насос, сообщенный с входным отверстием сырой воды для приема загрязненной воды и для повышения давления указанной загрязненной воды до желаемого рабочего давления;
клапанное устройство для подачи загрязненной воды на средства очистки воды;
блок для управления указанным клапанным устройством;
средства очистки воды, содержащее:
по меньшей мере, один корпус, имеющий первое отверстие и второе отверстие, расположенное таким образом, что первое отверстие из указанных отверстий является входом для подачи находящейся под давлением загрязненной воды, при этом второе отверстие из этих двух отверстий является выходом для концентрированной загрязненной воды;
по меньшей мере, один мембранный сепаратор, расположенный внутри корпуса, предназначенный для приема загрязненной воды, находящейся под давлением, от входного отверстия корпуса, указанный, по меньшей мере, один мембранный сепаратор, включающий мембрану сепарации воды, имеющую, по крайней мере, один водопроницаемый слой с характеристиками, не допускающими проникновение через него загрязнителей, водопроводящий слой чистой воды, расположенный смежно по отношению к водопроницаемому слою, для приема воды, проходящей через водопроницаемый слой, и несущий канал для чистой воды, проходящий через мембранный сепаратор и сообщенный с водопроводящим слоем для приема из него воды;
выходное отверстие для выхода чистой воды, выполненное в корпусе и соединенное с несущим каналом для чистой воды;
каналы, организованные таким образом, что они связывают входное отверстие для сырой воды, по крайней мере, один нагнетательный насос, средство для очистки воды и клапанное устройство,
и в котором загрязненная вода, находящаяся под давлением и проходящая через, по меньшей мере, один мембранный сепаратор, разделяется на очищенную воду и концентрированную загрязненную воду путем направления части указанной загрязненной воды через водопропускающий слой мембраны сепарации воды.

В настоящем изобретении также предусмотрена улучшенная задвижка, определяющая единый клапанный элемент с одним исполнительным органом, который обеспечивает несколько различных уровней потребления воды, подаваемой в реактор.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается устройство для обработки воды, поступающей из источника водоснабжения для потребления, содержащее:
входное отверстие источника воды;
реактор обработки, включающий первое отверстие, куда подается вода из входного отверстия источника водоснабжения, и второе отверстие для нагнетания воды, предназначенной для последующего потребления;
накопительный резервуар, куда подается и где хранится вода, предназначенная для последующего потребления;
насос для прокачивания воды через реактор;
каналы, сообщающие входное отверстие источника воды с насосом, насос с реактором обработки, реактор обработки с накопительным резервуаром и обеспечивающие циркуляцию воды между ними;
и клапан для регулирования потока воды через каналы;
при этом указанный клапан содержит:
корпус клапана;
множество отверстий в корпусе клапана для сообщения с каналами, при этом каждое отверстие имеет канал, простирающийся в корпус клапана для циркуляции там воды;
цилиндрическое сверление, выполненное вдоль оси корпуса клапана таким образом, что каждый указанный канал проходит через корпус клапана к указанному сверлению и образует в нем отверстие;
клапанный элемент, установленный с возможностью передвижения в корпусе клапана и расположенный в нем таким образом, что обеспечивается множественность положений, за счет чего осуществляется управление потоком воды, протекающей между избранными отверстиями, и в котором клапанный элемент имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, которая плотно скользит внутри сверления;
и средство управления, позволяющее избирательно передвигать клапанный элемент в одно из положений из упомянутого множества положений, управляя таким образом потоком воды, протекающей через каналы.

Предусмотрено также улучшенное уплотнение высокого давления, предназначенное для использования совместно с корпусом насоса или с корпусом аналогичного электрического устройства, содержащего воду под давлением.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается устройство для очистки воды, поступающей из источника водоснабжения, содержащее:
погружаемое электрическое устройство, имеющее, по меньшей мере, один провод для питания его электроэнергией;
кожух, окружающий электрическое устройство, при этом указанный кожух имеет внешнюю стенку и отверстие во внешней стенке;
фитинг для крепления в указанном отверстии, закрывающий это отверстие, при этом указанный фитинг имеет корпус, имеющий первый конец, расположенный вне кожуха, и второй конец, который может сниматься и вновь устанавливаться в отверстии кожуха, и, по меньшей мере, одно сверление, идущее через корпус фитинга от первого конца ко второму концу, при этом указанное, по крайней мере, одно сверление имеет окружающую поверхность и центральную продольную линию, при этом в указанном сверлении расположен, по меньшей мере, один провод;
и уплотнение, расположенное внутри, по меньшей мере, одного сверления, при этом указанное уплотнение содержит приподнятую часть, выполненную из деформируемого упругого материала, установленную по кольцу вокруг каждого сверления и проходящую радиально внутрь сверления от окружающей поверхности по направлению к продольной, центральной линии сверления, соприкасаясь с, по меньшей мере, одним проводом, расположенным внутри, уплотняя таким образом указанный, по меньшей мере, один провод.

Было бы целесообразно, чтобы фитинг был бы снабжен средствами сжатия для зажима приподнятой части, в результате чего ее можно было бы вдавить радиально внутрь по направлению к продольной, центральной линии сверления, затягивая таким образом уплотнение вокруг, по меньшей мере, одного провода.

Было бы целесообразно, чтобы уплотнение содержало бы вставку из деформируемого упругого материала, имеющего первый конец и второй конец, и вставленную в сужающуюся полую часть корпуса фитинга. Каждое сверление проходит через вставку в направлении от первого конца ко второму концу. Средство сжатия содержит средство для обеспечения скользящей установки вставки в первую часть корпуса фитинга вдоль его сужающейся части, в результате чего вставка сдавливается внутренней стенкой вовнутрь по направлению к продольной, центральной линии первой части, сдавливая таким образом уплотнение вокруг, по меньшей мере, одного провода.

Как вариант, уплотнение содержит кольцевую канавку, выполненную вокруг, по меньшей мере, одного сверления у первого конца первой части, расширяя указанное сверление, и вставку, по существу имеющую кольцеобразную форму, выполненную из деформируемого упругого материала и расположенную внутри канавки. Примером приемлемой кольцеобразной вставки может служить О-образное кольцо. Вставка устанавливается внутри каждой кольцеобразной канавки и входит в, по меньшей мере, одно сверление, входя в контакт с, по меньшей мере, одним проводом. Вставка частично сидит в канавке и имеет часть, выступающую из канавки в направлении от первой части корпуса фитинга, и имеет внешний диаметр, несколько больший, чем внутренний диаметр канавки. Кольцевая канавка может иметь сужение в направлении от первого конца корпуса фитинга в сторону его второго конца корпуса. Средства сжатия вдавливают вставку в канавку таким образом, что вставка вдавливается внутренней стенкой вовнутрь по направлению к продольной, центральной линии первой части, сжимая таким образом уплотнение вокруг, по меньшей мере, одного провода.

Настоящее изобретение предусматривает также улучшенный резервуар для более маленького устройства для очистки воды. Резервуар имеет в своем углублении закрытое место для монтажа насоса и реактора.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложено устройство для очистки воды из источника водоснабжения для ее последующего потребления, включающее:
вход воды источника водоснабжения;
реактор обработки, содержащий первое отверстие для приема входящей воды из входа воды источника водоснабжения и для разделения входящей воды на воду для последующего потребления, выходящую через второе отверстие, и сбрасываемую воду, выходящую через третье отверстие;
накопительный резервуар для сбора и хранения воды, поступающей из выходного отверстия воды для последующего потребления;
насос для прокачки воды через реактор;
клапанное устройство для регулирования потока воды, протекающей через реактор;
накопительный резервуар, содержащий в основном цилиндрическую стенку накопительного резервуара, имеющую внешнюю поверхность, вертикальную ось, и первое и второе в основном частично цилиндрические углубления, выполненные в стенке накопительного резервуара и направленные вовнутрь внешней поверхности стенки накопительного резервуара, при этом углубления расположены по кольцу, они взаимно параллельны и параллельны по отношению к вертикальной оси;
в первом углублении размещается корпус насоса;
во втором углублении размещается корпус реактора обработки;
и в котором насос и реактор обработки положительно отделены от воды, хранящейся внутри накопительного резервуара, стенкой накопительного резервуара;
и в котором насос, реактор обработки и стенка накопительного резервуара полностью умещаются внутри воображаемой цилиндрической поверхности, содержащей стенку накопительного резервуара.

Далее изобретение описывается со ссылкой на фиг. 1-46
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На сопровождающих чертежах, иллюстрирующих примерный вариант воплощения настоящего изобретения:
Фиг. 1 - схематически показано существующее устройство для очистки воды, в котором используется известная технология мембранной сепарации.

Фиг. 2 - схематически показано устройство для очистки воды, выполненное в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 - основной нагнетательный насос и кожух насоса, вид сбоку.

Фиг. 4 - схематический вид основного клапана и следующего за ним (последующий) клапана.

Фиг. 5 - поперечное сечение клапана.

Фиг. 6 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан в первой позиции.

Фиг. 7 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан во второй позиции.

Фиг. 8 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан в третьей позиции.

Фиг. 9 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан в четвертой позиции.

Фиг. 10 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан в пятой позиции.

Фиг. 11 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан в шестой позиции.

Фиг. 12 - схематический вид основного клапана, на котором основной клапан показан в седьмой позиции.

Фиг. 13 - схематический вид последующего клапана, на котором последующий клапан показан в первой позиции.

Фиг. 14 - схематический вид последующего клапана, на котором последующий клапан показан во второй позиции.

Фиг. 15 - схематический вид последующего клапана, на котором последующий клапан показан в третьей позиции.

Фиг. 16 - схематический вид последующего клапана, на котором последующий клапан показан в четвертой позиции.

Фиг. 17 - схематический вид последующего клапана, на котором последующий клапан показан в пятой позиции.

Фиг. 18 - схематический вид последующего клапана, на котором последующий клапан показан в шестой позиции.

Фиг. 19 - кожух мембраны, вид сбоку.

Фиг. 20 - накопительный резервуар, вид сбоку.

Фиг. 21- разделительный резервуар, вид сбоку.

Фиг. 22 - разделительный резервуар, вид сверху.

Фиг. 23 - вариант разделительного резервуара, вид сбоку.

Фиг. 24 - рециркуляционный насос и кожух насоса.

Фиг. 25 - мембранный сепаратор, частично развернутый и в изометрии.

Фиг. 26 - поперечное сечение А-А на фиг. 25.

Фиг. 27 - поперечное сечение B-B на фиг. 25.

Фиг. 28 - мембранный сепаратор, вид сбоку.

Фиг. 29 - поперечное сечение C-C на фиг. 28.

Фиг. 30 - уплотнение высокого давления, вид спереди.

Фиг. 31 - уплотнение высокого давления, поперечное сечение в виде спереди.

Фиг. 32 - поперечное сечение вставки.

Фиг. 33 - увеличенное поперечное сечение вставки, на котором показаны приподнятые выступы.

Фиг. 34 - первый альтернативный вариант уплотнения высокого давления.

Фиг. 35 - поперечное сечение первого альтернативного варианта уплотнения высокого давления по линии D-D на фиг. 37.

Фиг. 36 - поперечное сечение первого альтернативного варианта уплотнения высокого давления по линии F - F на фиг. 38.

Фиг. 37 - вид сверху первой части корпуса фитинга по линии А-А на фиг. 34.

Фиг. 38 - вид сверху второй части корпуса фитинга.

Фиг. 39 - схематическое изображение элементов устройства для очистки воды, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 40 - вид спереди по вертикали устройства, изображенного на фиг. 39, на котором показан монтаж различных элементов устройства на конструкции резервуара.

Фиг. 41 - поперечное сечение 3-3 на фиг. 40.

Фиг. 42 - вертикальное поперечное сечение клапана, изображенного на фиг. 1, на котором показано соединение клапана с различными элементами и рабочим элементом клапана, установленного в центральном закрытом положении.

Фиг. 43 - то же, поперечное сечение, что и на фиг. 42, на котором клапан показан в положении N 1 промывки.

Фиг. 44 - то же, поперечное сечение, что и на фиг. 42, на котором клапан показан в положении N 2 направления потока вперед.

Фиг. 45 - то же, поперечное сечение, что и на фиг. 42, на котором клапан показан в положении N 3 промывки.

Фиг. 46 - то же, поперечное сечение, что и на фиг. 39, на котором клапан показан в положении N 4 обратного тока.

На чертежах одинаковые ссылочные буквы и позиции обозначают соответствующие детали на различных фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В описанном ниже устройстве для очистки воды используется технология мембранной сепарации, не требующая, однако, предварительной химической очистки сырой входящей воды или химической очистки самих мембранных сепараторов. Устройство для очистки воды не требует предварительной химической очистки при обработке сырых грунтовых вод и воды из поверхностных источников, а также источников грязной воды, включая воду, загрязненную маслами, с высоким содержанием металлов, органическими веществами, или воды после таких производств, как текстильное производство, канализационные воды, воду после производства пищевых продуктов и другие воды.

Со ссылкой на фиг. 2 устройство для очистки воды показано в основном на фиг. 10. Устройство для очистки воды содержит внешний источник 12, находящейся под давлением, вход 14 сырой воды, фильтр 16 сырой воды, основной нагнетательный насос 18, клапанное устройство 20, средство 22 очистки воды, систему обратной промывки, имеющую накопительный резервуар 24 продукта и насос 25 обратного потока, два разделительных резервуара 26, рециркуляционную насосную группу 28, средство 30 хранения очищенной воды, внешний источник 32 воды быстрой промывки и устройство 34 для сброса грязной воды. Каналы 36 соединяют указанные элементы и сообщены между собой.

Внешние источники 12 воды подают сырую воду под давлением на вход 14 сырой воды, которая очищается в устройстве 10 для очистки воды. Источники 12 сырой воды подают к устройству 10 для очистки воды обычно грунтовую воду, поверхностную воду и/или загрязненную воду. Эти воды содержат обычно взвешенные и растворенные материалы и различные химические и биологические загрязнители, которые делают эту воду не питьевой или не пригодной к использованию в других отношениях. Давление в источнике 12 сырой воды обычно создается посредством собственной силы тяжести, например в водонапорной башне, или посредством различных насосов для обеспечения всасывания потока или создания иного положительного давления на входе устройства 10 для очистки воды. На вход 14 воды 14 поступает вода от источника 12 сырой воды, которая подается по каналам 36 к фильтру 16.

Фильтр 16 - это обычно грубый жесткий сетчатый фильтр, который удаляет частицы и твердые вещества из потока воды. Фильтр 16 установлен между источником сырой воды 12 и средствами 22 очистки воды с тем, чтобы удалить частицы и твердые вещества размером более 100 микрон из потока подаваемой воды. Удаление этих частиц и твердых веществ не допускает повреждения основного нагнетательного насоса и группы рециркуляционного насоса 28. Уменьшение показателя мутности, уменьшение степени илистости и удаление более мелких частиц здесь не предусматривается. Здесь могут быть использованы автоматические сетчатые фильтры обратной промывки и аналогичные фильтры, имеющиеся на рынке. Это может осуществляться посредством разности давления, в течение установленного времени или другими известными методами. Сетчатый фильтр должен выбираться таким образом, чтобы минимизировать объем сбросной воды, требующейся для обратной промывки, и время, требующееся для обратной промывки. Предпочтительно выбрать фильтр Амиад экранного типа. Как это показано на фиг. 2 и 3, основной нагнетательный насос 18 получает сырую воду с фильтра 16 по каналам 36 и увеличивает давление сырой подаваемой воды до требуемого рабочего давления. Рабочее давление должно быть на приемлемом уровне, иными словами выше осмотического давления раствора сырой подаваемой воды. Это требуется для того, чтобы средства 22 очистки воды преодолели осмотическое давление и отделяли сырую незагрязненную воду от загрязненной сырой воды. Основной нагнетательный насос 18 поднимает давление сырой воды до желаемого рабочего давления и прокачивает воду через средства 22 очистки воды и через остальные части устройства очистки воды по каналам 36.

Как это показано на фиг. 3, основной нагнетательный насос 18 содержит погружной водоохлаждаемый водяной насос 38, расположенный внутри кожуха насоса 40. Кожух насоса 40 включает входное отверстие 42 и выходное отверстие 44. Сырая и рециркуляционная вода входит через вход 42, ее давление повышается погружным насосом 38, который повышает давление воды до рабочего. После повышения давления воды насосом 38 вода выходит из кожуха 40 через выходной отверстие 44.

Погружной насос 38 выбирается таким образом, что во время нормальной работы он работает в более напряженном режиме, чем нормальный режим, вырабатывая таким образом излишнее тепло. Это излишнее тепло передается воде, проходящей через насос 38, охлаждающей таким образом насос и поднимая температуру воды, выходящей через выходное отверстие 44 по сравнению с температурой воды, входящей во входное отверстие 42. Кожух насоса 40 и каналы 36 изготовлены из материала, подобранного таким образом, что он имеет хорошие теплоизоляционные свойства для уменьшения потерь тепла. Этого можно достичь также путем покрытия кожуха 40 и каналов 36 изоляционным материалом.

Кожух насоса 40 содержит удлиненный сосуд 46, имеющий внешнюю цилиндрическую стенку 48, первый закрытый конец 50 и второй конец 50, и отверстие 54, организованное около второго конца 52. Входное отверстие 50 расположено смежно с закрытым первым концом 50 и включает проем 54, выполненный во внешней цилиндрической стенке 48, и вставку 56 в этом проеме 54 для подсоединения к каналам 36. Вставка 56 и проем 54 расположены таким образом, что вода, входящая в кожух 40, входит под углом примерно 90^o к продольной оси 41 кожуха 40 и далее идет к погружному насосу 38.

Второй конец 52 кожуха 40 содержит проем 54 и заменяемое и закрепляемое средство 60 для закрытия проема 54. Проем 54 имеет размеры, достаточные для размещения в нем насоса 38, позволяя таким образом периодически его вынимать и обслуживать. Средство 60 закрытия содержит герметичную пластину на болтах, размер которой позволяет перекрыть проем 54.

Выходное отверстие 44 включает проем 59 через средство 60 для запирания и фитинг 61, соединенный с каналами 36. Выходное отверстие 44 пропускает воду под давлением, выходящую из кожуха 40 к клапанному устройству 20 через каналы 36.

Как это показано на фиг. 2, 4 и 5, клапанное устройство 20 регулирует силу потока сырой и рециркуляционной воды через средство 10 для очистки воды. Клапанное устройство 20 устроено таким образом, что оно избирательно направляет воду через средство 22 для очистки воды как в прямом, так и в обратном направлениях, а также обеспечивает работу устройства 10 и мембранных сепараторов в прямом и обратном направлениях.

Клапанное устройство 20 содержит клапан 62 регулирования силы основного потока и последующий клапан 64. Клапан 62 регулирования силы основного потока и последующий клапан 64 являются клапанами поршневого типа, называемыми в данной заявке клапаны ЕС (см. заявку на патент США 655.774 этого же изобретателя). Клапан 62 регулирования силы основного потока и последующий клапан 64 обеспечивают полное регулирование процессов, протекающих в соответствии с данным изобретением, и исключают необходимость использования встроенных механизированных, гидравлических пневматических и/или автоматических клапанов, используемых в существующих конструкциях мембранных сепараторов.

Ниже описываются клапаны EC и на примере, показанном на фиг. 5, приведены основные детали клапана ЕС. Клапан ЕС состоит из корпуса А клапана с входным и выходным отверстиями В для всех устройств, расположенных внутри устройства для очистки воды, и внутреннего поршня С для регулирования силы потока воды в и из отверстий В. Клапан ЕС может быть различных размеров для обеспечения работы различной, большой и малой производительности, достигаемой в рамках данного изобретения, и может включать один или более поршней в одном или более корпусе клапана. Корпус А клапана может быть изготовлен из специально обработанной трубы, к которой снаружи приварены соединения, может быть отлит из двух или более частей с внутренними и/или внешними приваренными соединениями или может быть комбинацией того и другого. В предпочтительном варианте используются литые корпуса с внутренними соединениями с устройствами или специально обработанная труба с приваренными снаружи соединениями. Материал для его изготовления включает, кроме других материалов, нержавеющую сталь, алюминий, углеродистую сталь, бронзу и различные пластмассы.

Поршень С клапана ЕС может быть выполнен в различных вариантах и может быть изготовлен из отдельных обработанных сегментов D, из одной детали или из нескольких деталей. Поршень С включает уплотнение E, которое может быть изготовлено в виде О-образных колец, уплотнения квадратного сечения или иного известного уплотнения. Сегменты поршня D могут быть изготовлены из нержавеющей стали, алюминия, углеродистой стали, бронзы, пластмассы или других материалов.

Сегменты поршня D крепятся центральным стержнем F, который крепится на каждом конце резьбовыми гайками или держателями. Поршень С центрирован внутри корпуса клапана опорными пластинами G, расположенными у каждого конца поршня С и неподвижными или регулируемыми опорными пластинами, поддерживающими центральный стержень, или теми и другими. Материал, из которого изготовлен центральный стержень F, может быть нержавеющая сталь, алюминий или иной сходный с ними материал.

Центральный стержень F обеспечивает точку контакта для клапанного привода Н. Клапанный привод H перемещает поршень С внутри корпуса А клапана, устанавливая сегменты поршня вровень с соответствующими отверстиями В входа и выхода. Клапанный привод H может быть сдвоенным (мотор/шестерня) редукторного типа, клапанно-поршневого типа, приводимого в действие электрически, гидравлически или пневматически, или любого другого типа (мотор/исполнительный механизм), обеспечивающего движение сегментов поршня внутри корпуса клапана.

Предпочтительным материалом для изготовления корпуса А клапана, центрального стержня С и сегментов поршня D является нержавеющая сталь, алюминий или то и другое.

Движение поршня С внутри корпуса клапана А клапанным приводом H обычно регулируется контроллером 1, например микропроцессором, программируемым логическим контроллером, управляющим компьютером и т.д., применяемыми в комбинации с конечными выключателями и устройствами позиционирования клапана с целью обеспечения точного движения поршня С внутри корпуса А и обеспечения его желаемого рабочего положения.

На фиг. 2, 4 и фиг. 6 - 12 изображен регулировочный клапан 62 силы основного потока, который является клапаном типа ЕС и включает корпус 66 клапана и поршень 68, движущийся внутри корпуса 66 клапана. Поршень может занимать семь положений по выбору, обеспечивая различные условия работы. Исполнительный элемент 70 и блок 72 управления избирательно регулируют движение поршня 68 внутри корпуса 66 клапана между указанными выбранными положениями.

Корпус 66 клапана включает цилиндрическую проточку 74, идущую через корпус 66 клапана и множество отверстий 76A - 76J. Каждое отверстие 76 включает канал в корпусе 66 клапана, определяющий проем у цилиндрической проточки 74. Отверстия 76 расположены аксиально вдоль цилиндрической проточки 74 и расположены так, что они взаимодействуют с аксиально-расположенными кольцевыми углублениями и проемами 80, выполненными на поршне 68. Поршень 68 имеет цилиндрическую внешнюю поверхность, по которой он скользит внутри проточки 74, кроме этого, он содержит канал 82, идущий в продольном направлении вдоль ее внутренней поверхности. Проемы 80 обеспечивают проход воды между каналами 82 и соответствующими отверстиями 76, выполненными в корпусе 66 клапана. Регулировочный клапан 62 силы основного потока управляет силой потока сырой и рециркуляционной воды между сепарационными резервуарами 26, блоком 28 рециркуляционных насосов, основным нагнетательным насосом 18, внешним источником 32 промывочной воды, выходом 34 сбросной воды и последующим клапаном 64. Основной клапан 62 обеспечивает проход сырой и рециркуляционной воды к последующему клапану 64, который в свою очередь управляет потоком сырой и рециркуляционной воды, проходящей через средства 22 для очистки воды.

Отверстия 76, выполненные на основном клапане 62, расположены следующим образом. Первое отверстие 76A сообщает основной клапан 62 с основным нагнетательным насосом 18, и на него поступает загрязненная вода и рециркуляционная вода с основного нагнетательного насоса 18. Второе отверстие 76B сообщает основной клапан 62 с блоком 28 рециркуляционных насосов и предназначено для подачи рециркуляционной воды от блока 28 рециркуляционных насосов и ее для смешивания с загрязненной водой, выходящей из основного нагнетательного насоса 18.

Третье отверстие 76C соединяет основной клапан 62 с первым отверстием 88A в последующем клапане 64, а четвертое отверстие 76D соединяет основной клапан 62 со вторым отверстием 88B в последующем клапане 64. Третье и четвертое отверстия 76C и 76D обеспечивают проход жидкости между поршнем основного клапана 62 и последующим клапаном 64 в прямом или обратном направлении. При работе в прямом направлении вода течет от третьего отверстия 76C в основном клапане 62 к первому отверстию 88A в последующем клапане и от второго отверстия 88B в последующем клапане 64 к четвертому отверстию 76D в основном клапане 62. При работе в обратном направлении вода течет от первого отверстия 88A в последующий клапан 64 и к третьему отверстию 76C в основном клапане 62, ко второму отверстию 88B в последующем клапане 64. Основной клапан 62, таким образом, регулирует силу потока сырой и рециркуляционной воды, протекающей через последующий клапан 64 и средство 22 для очистки воды.

Пятое отверстие 76E сообщает основной клапан 62 с выходным отверстием 34 для промывочной/сбросной воды.

Шестое отверстие 76F сообщает основной клапан 62 с входным отверстием 162 сепарационного резервуара 26. Седьмое отверстие 76G соединяет основной клапан 62 с выходным отверстием 180 сепарационных резервуаров 26. Шестое и седьмое отверстия позволяют основному клапану 62 направлять концентрированную загрязненную воду после средства 22 для очистки воды в сепарационные резервуары 26 и получать воду для рециркуляции.

Восьмое отверстие 76H сообщает основной клапан 62 с входным отверстием 214 блока 28 рециркуляционных насосов для повышения давления загрязненной воды, выходящей из сепарационных резервуаров 26.

Девятое отверстие 76I сообщает основной клапан 62 с промывочными отверстиями сепарационного резервуара 26, а десятое отверстие 76J сообщает основной клапан 62 с внешним источником 32 быстрой промывки, который обеспечивает напор промывочной воды, подаваемой к устройству 10.

Как это изображено на фиг. 2, 4 и фиг. 13 - 18, последующий клапан 64 регулирует поток сырой и рециркуляционной воды между основным клапаном 62 и средством 22 для очистки воды. Последующий клапан 64 также является клапаном типа ЕС и имеет конфигурацию, аналогичную регулировочному клапану 62 основного потока. Последующий клапан 64 содержит корпус 84 клапана, имеющий цилиндрическую проточку 86, выполненную вдоль своей продольной оси, и множество отверстий, в данном случае их шесть, от 88A до 88G. Каждое отверстие включает канал, идущий через корпус 84 клапана и определяющий проем в проточке 86. Отверстия 88 расположены аксиально по отношению к цилиндрической проточке 86 и так, что они взаимодействуют с аксиально расположенными кольцевыми углублениями и проемами 90, выполненными на поршне 92. Поршень 92 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность, скользящую внутри проточки 86, и включает канал 96. Проемы 90 выполнены аксиально вдоль поршня для обеспечения прохода воды между каналом и соответствующими отверстиями 88 в корпусе клапана 84.

Последующий клапан 64, привод 94 клапана, который управляется блоком 72 управления и который избирательно управляет движением поршня 92 внутри корпуса 84 клапана между шестью положениями, обеспечивает таким образом проход воды между желаемыми отверстиями 88.

Отверстия 88, выполненные на последующем клапане 64, сообщены с каналами 36 для обеспечения прохода сырой и рециркуляционной воды между средством 22 для очистки воды 22 и основным клапаном 62, при этом они работают следующим образом. Первое отверстие 88A подсоединено к третьему отверстию 76C основного клапана 62 для обеспечения прохода между ними сырой и рециркуляционной воды. Второе отверстие 88B подсоединено к четвертому отверстию 76D поршня основного клапана 62 для обеспечения прохода сырой и рециркуляционной воды между ними.

Третье отверстие 88C сообщено с первым отверстием 102 кожуха мембранного сепаратора 100, четвертое отверстие 88D сообщено со вторым отверстием 103 кожуха мембранного сепаратора 100. Пятое, шестое и седьмое отверстия 88E, 88F и 88G соответственно соединены с первым, вторым и третьим промывочными отверстиями 104A, 104B и 104C для обеспечения прохода сырой и рециркуляционной воды между последующим клапаном 64 и кожухом мембранного сепаратора 100.

Средство 22 для очистки воды, выполненное в наиболее простом исполнении, содержит мембранный кожух 100 и единственный мембранный сепаратор, установленный внутри кожуха 100. Может быть использовано множество мембранных кожухов 100 и каждый мембранный кожух может иметь множество мембранных сепараторов 106, расположенных последовательно. На фиг. 2 и 19 вы можете увидеть четыре мембранных кожуха от 106a до 106D, расположенных параллельно, при этом каждый мембранный кожух имеет четыре мембранных сепаратора от 106A до 106D, расположенных в нем последовательно.

Каждый мембранный кожух 100 включает полый удлиненный элемент 108, идущий от первого конца 110 до второго конца 112, и включает внешнюю цилиндрическую стенку 114. Полый удлиненный элемент 108 выполнен такого размера, что позволяет разместить в нем мембранные сепараторы 106. Первое отверстие 102 расположено в кожухе 100 смежно с первым концом 110 удлиненного элемента 108. Первое отверстие 102 содержит проем 116, выполненный во внешней цилиндрической стенке 114 удлиненного элемента 108, и фитинг 118 для сообщения с каналом 36, который сообщает этот фитинг 118 с первым отверстием 88C последующего клапана 62. Фитинг 118 расположен около проема 116 под углом приблизительно 90^o к продольной оси 119 через удлиненный элемент 108. Поэтому вода, входящая или выходящая через первое отверстие 102, идет в основном перпендикулярно к направлению потока через кожух 100, не допуская выброса струи воды на конец первого мембранного сепаратора 106A.

Второе отверстие 103 расположено смежно со вторым концом удлиненного элемента 108 и содержит проем 120, выполненный во внешней стенке 114 удлиненного элемента 108, и фитинг 122, предназначенный для соединения с каналами 36. Проем 120 и фитинг 122 расположены аналогично проему и фитингу первого отверстия, так что вода, входящая или выходящая из второго отверстия 103, движется в основном перпендикулярно продольной оси 119 кожуха 100, не допуская таким образом, чтобы струя воды ударяла в край первого мембранного сепаратора 106D, повреждая его и вызывая его преждевременный износ.

Кожух 100 также содержит отверстие 124 для выхода чистой воды, расположенного около второго конца 112 удлиненного элемента 108. Отверстие 124 для выхода чистой воды содержит проем 125 на втором конце удлиненного элемента 108 и фитинг 126, сообщенный с каналами 36 для обеспечения прохода чистой воды в резервуар 30 хранения чистой воды.

Сырая и рециркуляционная вода могут быть направлены в последующий клапан 62 во время прямой или обратной работы, на то или другое, первое или второе отверстия 102 и 103. Эта вода затем проходит через мембранные сепараторы 106. Прямое направление - это направление потока от первого конца 110 мембранного кожуха 100 к второму концу мембраны 100. Обратное направление - это направление потока, обратное прямому направлению.

Во время работы в прямом направлении сырая и рециркуляционная вода направляется на первое отверстие 102, выполненное в кожухе 100 мембранного сепаратора, и через мембранные сепараторы 106 на второе отверстие 103. Чистая вода отделяется мембранными сепараторами 106 от сырой и рециркуляционной воды и выходит из кожуха 100 мембранного сепаратора через отверстие 124 для выхода чистой воды. Часть сырой и рециркуляционной воды, которая не становится чистой водой, в этот момент содержит более высокую концентрацию загрязняющих веществ в результате извлечения из нее чистой воды. Концентрированная загрязненная вода выходит из кожуха 100 мембранного сепаратора через второе отверстие 103 и направляется последующим клапаном 62 на рециркуляцию.

При работе в обратном направлении сырая и рециркуляционная вода входит через второе отверстие 103 и проходит через кожух 100 и мембранные сепараторы 106 к первому отверстию 102. Чистая вода, извлеченная из сырой и рециркуляционной воды, выходит из кожуха 100 через отверстие 124 для чистой воды, так же как она это делает при работе в прямом направлении, однако концентрированная загрязненная вода выходит из кожуха 100 через первое отверстие 102, вместо второго отверстия 103, и направляется последующим клапаном 64 на основной клапан 62, другими словами на последующую рециркуляцию.

Кожух 100 мембранного сепаратора содержит проем 127 около, по меньшей мере, одного из первого и второго 110 и 112 его концов. Проем 127 имеет размер, достаточный, чтобы вместить мембранные сепараторы 106. Это позволяет периодически извлекать мембранные сепараторы для обслуживания или замены. На проеме 127 предусмотрена съемная и запираемая крышка 128. Крышка 128 включает уплотняющую пластинку, закрепленную на проеме 127 со стороны кожуха 100. Крышка 128 включает отверстие 125 для размещения в нем вставки 126 для выхода чистой воды через отверстие 124.

Чистая вода, выходящая из кожуха мембранного сепаратора 100, идет через каналы 36 к накопительному резервуару 24 чистой воды, в котором накапливается определенное количество чистой воды. Чистая вода, накопленная в накопительном резервуаре 24 чистой воды, используется для обратной промывки мембранных сепараторов 106 и для обеспечения наличия чистой воды для промывки устройства 10 для очистки воды во время его закрытия. Промывка мембранных сепараторов 106 чистой водой во время перерыва в работе уменьшает накопление загрязняющих веществ в мембранных сепараторах и обеспечивает наличие чистой воды во время пуска. Возможность иметь чистую воду при пуске избавляет от необходимости сливать чистую воду, полученную во время пуска, чтобы не допустить попадания загрязненной воды в средство 32 для хранения чистой воды.

На фиг. 2 и 20 изображен резервуар 24 для хранения чистой воды, содержащий удлиненную емкость 130, имеющую внешнюю цилиндрическую стенку 132 и закрытый первый и второй концы 134 и 136. Первое отверстие 138 получает чистую воду через каналы 36 из отверстия 124 для выпуска чистой воды, выполненного на мембранных кожухах 100. Первое отверстие 138 содержит проем 140, выполненный во внешней цилиндрической стенке 132 удлиненной емкости 130, и вставку 142, расположенную с внешней стороны емкости 130 у проема 140. В показанном варианте первое отверстие 138 сделано в нижней части внешней цилиндрической стенки 132 под углом 90^o к продольной оси удлиненной емкости 130.

Накопительный резервуар 24 также содержит второе отверстие 14, сообщенное с каналами 36 для направления обработанной воды в резервуар 30 для хранения воды. Второе отверстие 144 включает проем 146, выполненный во внешней цилиндрической стенке 132 удлиненного резервуара 130. Фитинг 148 расположен с внешней стороны емкости 130 у проема 146 под углом 90^o к продольной оси удлиненной емкости 130. В показанном варианте второе отверстие 144 показано на верхней части удлиненной емкости 130 для обеспечения прохода воды с внешней стороны резервуара.

Насос 25 обратного потока расположен между накопительным резервуаром 24 для чистой воды и средством 22 для очистки воды. Насос 25 обратного потока установлен таким образом, что он получает чистую воду из накопительного резервуара 28 чистой воды и прокачвает ее через каналы 36 обратно к отверстию 124 для выхода чистой воды мембранного кожуха 100. Насос 25 для обратного потока качает воду под давлением, равным полному рабочему давлению на выходном отверстии 124 для чистой воды, и в обратном направлении через мембранные сепараторы 106. Это делается для того, чтобы вытеснить воду через мембраны в направлении, противоположном направлению нормального потока, очищая таким образом сепараторы 106 и удаляя частицы материала, накопившегося на мембранах, которые не могут быть удалены простой промывкой мембран. Такой способ очистки избавляет от необходимости использовать химическую очистку мембранных сепараторов 106 и является значительным усовершенствованием существующих систем. Насос 25 обратного потока может быть любым насосом, обеспечивающим требуемое давление, и может включать насосы, напорные резервуары или подавать воду под действием собственной силы тяжести.

Как это показано на фиг. 2 и фиг. 21 - 23, концентрированная загрязненная вода, выходящая из мембранного кожуха 100 через второе отверстие 103 во время прямого тока и которая выходит из мембранного кожуха 100 через первое отверстие 102 во время обратного тока, рециркулируется последующим клапаном 64 и регулировочным клапаном 62 основного потока воды. Во время рециркуляции концентрированная загрязненная вода направляется регулировочным клапаном 62 для основного потока воды в один из сепарационных резервуаров 26. На показанном варианте имеются два сепарационных резервуара 26.

Сепарационные резервуары 26 удаляют материалы, взвешенные в концентрированной загрязненной воде до ее рециркуляции через средство очистки воды 22. Это уменьшает возможность осаждения материалов из концентрированной загрязненной воды в мембранных сепараторах 106. Диаметр каждого сепарационного резервуара 26 выбирается таким, чтобы давление и скорость концентрированной загрязненной воды, находящейся под давлением и идущей от средства очистки воды 22 в резервуар 26, уменьшались на заранее заданную величину, достаточную, чтобы из воды выпали взвешенные или растворенные материалы. Эти материалы собираются около верхней или нижней части резервуара 24, в зависимости от того, легче или тяжелее воды эти материалы. Это является серьезным улучшением по сравнению с существующими системами в том смысле, что таким образом уменьшается количество растворенного и взвешенного материала в воде и она может быть рециркулирована через мембранные сепараторы 106, не изнашивая их чрезмерно, не повреждая их и не засоряя мембранные сепараторы 106.

Как это показано на фиг. 21 - 23, каждый сепарационный резервуар 26 содержит удлиненную, в основном круглую в своем сечении, емкость 154, имеющую внешнюю цилиндрическую стенку 156, и закрытые первый и второй концы 158 и 160. Входное отверстие 162 расположено около первого конца 158 сепарационного резервуара 26. Входное отверстие 162 включает проем 164, выполненный во внешней цилиндрической стенке 156, и вставку 166, выполненную у проема 164. Вставка 166 сообщена с каналами 36 для подачи концентрированной загрязненной воды от регулировочного клапана 62 для основного потока. Вставка 166 содержит входное отверстие 168, находящееся снаружи емкости 154, и основание 170, входящее в удлиненную емкость 154. Основание 170 идет от входа 168 в удлиненную емкость 154 к концу 172, находящуюся на расстоянии от нижней части внутренней стенки 174 емкости 154.

Основание 172 включает выходное отверстие 176, выполненное вблизи конца 172, так что оно находится на некотором расстоянии от нижней части внутренней стенки 174. Основание 170 расположено под углом 90^o к направлению потока через резервуар 26, так чтобы ламинарный поток шел через корпус 154 резервуара 26. Это облегчает удаление твердых материалов и шлама из потока воды. Выходное отверстие 176 направлено под углом вверх и от нижней части внутренней стенки 174, а также под углом к продольной оси 155 удлиненной емкости 154. Расположение выхода 176 заставляет концентрированную загрязненную воду, входящую в емкость 154 через выход 176, течь по спирали вдоль внутренней поверхности внешней стенки 156 по направлению ко второму концу 160 сепарационного резервуара 26. В результате спирального движения воды возникают центробежные силы в материалах, находящихся во взвешенном состоянии в загрязненной концентрированной воде, что приводит к их отделению от воды.

Выходное отверстие 180 выполнено в удлиненной емкости 154 смежно с ее вторым концом 160. Выходное отверстие 180 включает проем 182, выполненный во внешней цилиндрической стенке 156 удлиненной емкости 154, и фитинг 184, расположенный около проема 182. Фитинг 84 сообщен с каналами 36 для подачи воды к регулировочному клапану 62 основного потока. Фитинг 184 содержит выход 186, расположенный с внешней стороны емкости, и основание 188, выходящее из конца, расположенного смежно с проемом 182 в сторону конца 190, расположенного внутри удлиненной емкости 154, и находящейся на некотором расстоянии от верхней части внутренней стенки 175. Основание 188 выхода 180 имеет в основном L-образную форму со входом 192 у основания L. Вход 192 расположен смежно с концом 190 основания 188 на некотором расстоянии от нижней части внутренней стенки 174. Основание 188 расположено под углом 90^o к направлению потока воды, проходящей через резервуар 26. Вход 192 может быть с отражателем или он может быть ориентирован в направлении, противоположном направлению потока воды в резервуаре 26, чтобы не допустить сплошного потока через корпус резервуара 26 и не допустить, таким образом, выноса накопившихся и отделенных твердых частиц и шлама из резервуара 26. Вход 192 также расположен смежно с продольной центральной линией 155, направленной под углом вверх и от центральной линии 155.

Каждый сепарационный резервуар 26 включает также промывочное отверстие 200, расположенное в самой нижней точке резервуара 26 и напротив входного отверстия 162, так что накопившиеся твердые частицы и шлам могут быть легко сброшены или вычищены из резервуара 26 либо водой под давлением, либо самотеком. Это можно делать периодически в зависимости от нагрузки резервуара 26 по мере того, как накапливаются твердые материалы. В другом варианте для промывки можно использовать входное и выходное отверстия 162 и 180.

Промывочное отверстие 200 содержит проем 202, выполненный во внешней цилиндрической стенке 156, и фитинг 204, расположенный у проема 202. Фитинг 204 промывочного отверстия 200 сообщен с каналами 36 и направляет загрязненную воду и отделенные материалы через каналы 36 к регулировочному клапану 62 для основного потока, предназначенному для сброса через канализационное отверстие отработанной воды 34.

Как это видно на фиг. 20, сепарационные резервуары могут быть использованы для удаления осевших материалов и материалов, которые тяжелее воды, либо для удаления материалов, которые легче воды, таких как масла и плавающие материалы.

Сепарационный резервуар 26, предназначенный для удаления осажденных материалов и взвешенных в воде материалов, которые тяжелее воды, расположен в основном горизонтально по отношению к входному отверстию 162, расположенному смежно с нижней частью внутренней стенки 174 удлиненной емкости 154 и концом 172 основания 170 фитинга 162, расположенного сверху по отношению к нижней части внутренней стенки 174 емкости 154. Выходное отверстие 180 расположено в верхней части внутренней стенки 175, при этом конец 190 основания 188 направлен вниз и находится на некотором расстоянии от верхней части внутренней стенки 175 удлиненной емкости 154. В данном исполнении промывочное отверстие 200 выполнено во внешней цилиндрической стенке 156 смежно с нижней частью 174 удлиненной емкости 154.

Как это показано на фиг. 23, сепарационные резервуары 26, предназначенные для удаления более легких, чем вода, материалов, таких как масла и взвешенные материалы, плавающие в воде, предпочтительно ориентированы вертикально. В данном варианте входное отверстие 162 расположено смежно с верхней частью удлиненной емкости 154, а выходное отверстие 180 расположено смежно с нижней частью 158 удлиненной емкости. Вход 192 выходного отверстия 180 расположен под углом, так что он забирает воду из области, смежной с нижней частью резервуара 26. Промывочное отверстие 200 расположено во внешней цилиндрической стенке 156, смежно по отношению к верхней части удлиненной емкости 154.

На фиг. 2 и 23 блок рециркуляционного насоса 28 забирает концентрированную загрязненную воду от средства 22 для очистки воды через последующий и основной клапаны 64 и 62 и сепарационный резервуар 26. Рециркуляционные насосы 28 опять поднимают давление концентрированной загрязненной воды до полного рабочего давления и возвращают ее на мембранные сепараторы 22 через основной клапан 62 и последующий клапан 64.

Каждый рециркуляционный насос 28 содержит водоохлаждаемый погружной насос 210, расположенный внутри кожуха 212. Кожух 212 насоса содержит полую удлиненную емкость 218 с входным отверстием 214, выходным отверстием 216, внешней цилиндрической стенкой 220, первым закрытым концом 222 и проемом 223, выполненным у второго конца 224. На входное отверстие 214 вода поступает от основного клапана 62 и от выходного отверстия 216 вода под вновь поднятым давлением поступает обратно к основному клапану 62 для рециркуляции через средство 22 для очистки воды.

Входное отверстие 214 расположено смежно с закрытым первым концом 222 и включает проем 206, выполненный во внешней цилиндрической стенке 220, и фитинг 214 у проема 206. Фитинг 214 соединен с каналами 36 и обеспечивает проход воды к кожуху насоса 212. Фитинг 214 и проем 206 расположены таким образом, что вода входит в кожух 212 примерно под углом 90^o по отношению к продольной оси 213 кожуха 212 и течет через кожух 212 к насосу 210.

Второй конец 224 кожуха 212 включает проем 223 и съемно- закрепляемое средство 226 для закрытия проема 223. Проем 223 имеет такой размер, чтобы в нем разместился насос 210, позволяя таким образом периодическое извлечение насоса 210 для его обслуживания и замены. Средство 226 закрытия содержит плиту с уплотнением и болтами, имеющую размер, позволяющий перекрывать проем 223.

Выходное отверстие включает проем 217 в средстве 226 закрытия и фитинг 219, сообщенный с каналами 36. Из выходного отверстия 216 находящаяся под давлением вода, выходящая из кожуха 212 насоса, направляется на клапанный блок 20 через каналы 36.

Рециркуляционный насосный блок 28 образован одним или несколькими насосами. Эти насосы установлены параллельно для обеспечения необходимого объемного потока и для повышения давления воды, выходящей из мембранных сепараторов 106 до прежнего рабочего давления. Рециркуляционные насосы 28 также установлены параллельно с основным нагнетательным насосом 18, что повышает энергетический КПД системы. Рециркуляционные насосы выбраны таким образом, что они работают в верхнем участке своего рабочего диапазона и вырабатывают избыток тепла. Этот избыток тепла передается воде, протекающей через и вокруг насоса, повышая таким образом температуру внутри устройства для очистки воды. Это улучшает эффективность работы сепарационных мембран 106. Чтобы поддерживать повышенную температуру воды, каналы 36 и кожухи рециркуляционных насосов 218 изготовлены из материалов с хорошими изоляционными свойствами или специально изолированных для уменьшения потерь тепла.

Как это показано на фиг. 2, 18 и фиг.25 - 29, каждый мембранный сепаратор 106 расположен от первого конца 230 до второго конца 232 и включает мембрану 234 сепарации воды и канал 240 для очищенной воды. Сепарационная мембрана 234 содержит два разнесенных на некоторое расстояние проницаемых тонкопленочных мембранных слоя 236 и водопроводящий слой 238, расположенный между проницаемыми слоями 236. Каждый проницаемый тонкопленочный мембранный слой обладает свойством, позволяющим воде под давлением проходить через мембранный слой 236, но не позволяет загрязнителям проходить через мембранный слой 236. Вода, проходящая через мембранные слои 236, направляется вдоль водопроводящего слоя 238. Канал 240 для очищенной воды проходит через мембранный сепаратор 106 и сообщен с сепарационной мембраной 234, так что водопроводящий слой 238 может направлять воду в канал 240.

Внешний кожух 241 высокого давления выполнен из стекловолоконной пленки или трубки и расположен вокруг большей части окружности и вдоль длины мембранного сепаратора 106.

Шайба 242 расположена смежно по отношению к сепарационной мембране 234, при этом сепарационная мембрана 234 и шайба расположены таким образом, что образуют свернутую конфигурацию с каналом 240 у центра витка. Виток имеет удлиненный вид и имеет спиральную конфигурацию в поперечном сечении, таким образом шайба 242 вставлена между смежными поверхностями сепарационной мембраны 234 воды. Благодаря этому смежные части мембраны 234 отделены друг от друга шайбой 242.

Шайба 242 содержит лист из материала, позволяющего иметь множество подающих разделяющих каналов 244, расположенных рядом друг с другом и идущих параллельно. Множество подающих разделяющих каналов 244 соединены на концах 230 и 232 шайбы 242. Каждый подающий разделяющий канал 244 проходит вдоль мембранного сепаратора 106 от первого конца 230 до второго конца 232, имея при этом V-образную форму или форму квадрата, или круга, или имеет продолговатую форму. Подающие разделяющие каналы пропускают воду вдоль длины сепарационной мембраны 234, позволяя воде вступить в контакт с водопроницаемым слоем 236. У каждого первого и второго конца 230 и 232 имеется средство 248 для фильтрации, которое идет между смежными слоями сепарационной мембраны 234 внутри витка. Средство 248 фильтрации содержит множество элементов 249, соединенных вместе на концах, и проходит вдоль листа и перпендикулярно к направлению подающих разделяющих каналов 244. Каждое средство 249 фильтрации идет вверх от мембраны 234 и имеет множество перфораций 250, проходящих через него. Элементы 249 могут включать разделительный материал, имеющий V-образную форму, форму угла, или квадрата, или круга, или он может иметь продолговатую форму, при этом материал должен быть пористым или иметь каналы, ориентированные в противоположных направлениях, и должен быть расположен перпендикулярно подающим разделительным каналам 244. Перфорации 250 позволяют загрязненной воде проходить через них, но задерживают твердые частицы снаружи мембранного сепаратора 106, не давая частицам входить в подающие разделяющие каналы 244 и оседать на водопроницаемых слоях 236 мембраны 234. Такое расположение уменьшает количество частиц, собирающихся в каналах 244 на сепарационной мембране воды 234, таким образом, уменьшается количество циклов прямой и обратной промывки, требуемой для очистки каналов 244 и мембран 234.

Мембранные сепараторы 106 расположены таким образом, что вода, входящая в мембранный кожух 100, направляется к одному из первого или второго концов 230 или 232 мембранного сепаратора 106. Эта вода затем проходит через средство 248 фильтрации и далее вдоль водопроводящих каналов 244 мембранной шайбы 242. Поскольку загрязненная вода под давлением течет вдоль каналов 244, часть ее проходит через водопроницаемые слои 236 сепарационной мембраны 234 и попадает на водопроводящий слой 238, откуда она идет далее через спиралевидный виток в канал 240. Это удаляет часть воды из загрязненной воды. Загрязненная вода, не проходящая через сепарационную мембрану 234, идет вдоль подающих разделяющих каналов 244 и обходит средство фильтрации 248 на противоположном конце (230 или 232), выходя из мембранного сепаратора 106. Если имеется несколько мембранных сепараторов 106, расположенных параллельно, то загрязненная вода, которая сейчас стала концентрированной и лишилась части воды, входит на следующий последовательно расположенный мембранный сепаратор 106, и процесс повторяется, пока вода не выйдет из кожуха 100 через выход в виде загрязненной концентрированной воды, которая сбрасывается через канализационный сброс 34 или направляется на рециркуляцию.

Соединительные элементы 251 мембранного сепаратора, показанные на фиг. 18, соединяют каналы 240 на концах смежных мембранных сепараторов 106 и передают очищенную воду от одного сепаратора другому и далее на выходное отверстие 124 для очищенной воды. Затем эта вода идет в накопительный резервуар 24 и в хранилище 30 для очищенной воды.

Сепарационные мембраны 234 могут очищаться и обратным потоком. Во время очистки обратным потоком давление обработанной воды, выходящей из накопителя чистой воды 24, опять повышается насосом 25 обратного потока от давления в 1 psi (фунт/кв.дюйм) до полного рабочего давления и направляется через выходное отверстие 124 на мембранные сепараторы через каналы 240. Чистая вода затем проходит через каналы 240, водопроводящий слой 238 и через тонкопленочный материал, образующий водопроницаемые слои 236. Вода затем вытекает из мембранного сепаратора 106 через питающие разделяющие каналы 244. Обратный поток воды проходит затем через средство фильтрации 248 на концах мембранных сепараторов 106, удаляя материал, уловленный средством фильтрации 248. Обратный поток воды удаляет твердые частицы, которые накапливаются и покрывают поверхности сепарационных мембран 234 и подающих разделяющих каналов 244. Вода, выходящая из мембранных сепараторов 106, выходит из кожуха 100 через первое и второе отверстие 102 и 103 и через промывочные отверстия 104 направляется в сепарационный резервуар 26 или непосредственно на блок 24 сброса отработанной воды.

Как это показано на фиг. 28 и 29, уплотнения 252 расположены между мембранными сепараторами 106 и внутренней стенкой 114 кожуха 100. Такая конструкция не позволяет воде, входящей в кожух 100 через один из первых или вторых отверстий 102 или 103, просто обойти мембранные сепараторы 106 и выйти из кожуха 100 через другое отверстие 102 или 103. Уплотнения 252 представляют собой уплотнения соляного раствора и расположены на каждом конце мембранного сепаратора 106.

Использование уплотнений соляного раствора известно в существующих мембранных сепараторах. Уплотнения соляного раствора имеют чашеобразную форму и позволяют воде проходить в одном направлении, но не дают ей проходить в другом направлении. В обычных системах уплотнения соляного раствора обычно располагаются по одному на каждом конце мембранного сепаратора и выполнены таким образом, что вода не проходит вокруг и через край мембранного сепаратора, а попадает на его конец. Это приводит к созданию области более низкого давления вокруг периферии мембранного сепаратора вниз по течению от уплотнения соляного раствора, там где вода высокого давления не может течь, и области высокого давления внутри мембранного сепаратора. Во время работы при высоком давлении или обратной промывке эта разность давлений может вывести из строя мембранный сепаратор.

В настоящем изобретении используются уплотнения 252 соляного раствора, однако уплотнения 252 соляного раствора расположены на мембранном сепараторе 106 по-новому. Уплотнение 252A соляного раствора установлено на первом конце 230 мембранного сепаратора 106 так, что первый конец 254A уплотнения 252A соляного раствора находится в контакте с мембранным сепаратором 106, смежным с первым концом 230 мембранного сепаратора 106, и выступает из первого конца 230 мембранного сепаратора 106 вдоль длины мембранного сепаратора 106 и вверх по направлению к внутренней поверхности 109 мембранного кожуха 100 ко второму концу 256A. Это позволяет воде, подходящей к первому концу 230 мембранного сепаратора 106, пройти через уплотнение соляного раствора 252A и вдоль длины мембранного сепаратора 106. Второе уплотнение 252B соляного раствора установлено на втором конце 232 мембранного сепаратора 106 способом, аналогичным способу установки первого уплотнения 252A соляного раствора. Второе уплотнение 252B соляного раствора установлено своим первым концом смежно со вторым концом 232 мембранного сепаратора 106 и выступает из второго конца мембранного сепаратора 106 вверх и вдоль мембранного сепаратора 106 в сторону второго конца 256B. Второй конец 256B находится в контакте с внутренней поверхностью 109 кожуха 100. Второе уплотнение 252B не позволяет воде, которая прошла через первое уплотнение 252A, пройти за второй конец 232 мембранного сепаратора 106. В случае установки уплотнений 252A и 252B таким образом вода под давлением, направляемая на первый конец 230 мембранного сепаратора 106, может обойти вокруг мембранного сепаратора 106, но не может пройти второй конец мембранного сепаратора 106. Таким образом, улавливается вода под давлением вокруг внешней стороны мембранного сепаратора 106, и она направляется на первый конец 230. Аналогично, если вода направляется на второй конец 232 мембранного сепаратора, она проходит через второй конец уплотнения 252B и не проходит первый конец 230 мембранного сепаратора 106, задерживаясь первым уплотнением 252A. При таком выполнении эта вода примерно одинакового давления присутствует как внутри, так и снаружи мембранного сепаратора 106, не допуская таким образом создания условий, при которых мембранный сепаратор 106 может выйти из строя, как это было описано выше.

Как это показано на фиг. 29, каждое уплотнение 252 соляного раствора имеет выемку 258 в, по меньшей мере, одном, но желательно в двух местах, так чтобы при остановке подачи потока и давления давление воды, уловленной между уплотнениями 252 соляного раствора, могло быть снижено во избежание внутреннего разрыва мембранного сепаратора 106.

Как это показано на фиг. 2 и фиг. 6 - 12, клапан 62 основного потока имеет во время работы следующие функции: рабочий поток вперед, рабочий поток назад, быстрый промывочный поток вперед, быстрый промывочный поток назад, остановка системы, очистка без остановки и обратный поток.

На фиг. 2 и 6 рабочий поток вперед выбирается путем установки основного клапана 62 в такое положение, при котором клапанный элемент 68 перемещается в первое положение. В первом положении сырая загрязненная вода, текущая из основного нагнетательного насоса 18, входит в первое отверстие 76A, и загрязненная вода от блока 28 рециркуляционных насосов входит во второе отверстие 76B. Эти воды смешиваются и направляются в третье отверстие 76C. Вода выходит через третье отверстие 76C и идет через каналы 36 к первому отверстию 88A последующего клапана 64 и через средство 22 для очистки воды, текущей в прямом направлении. Чистая вода отделяется от загрязненных вод, попадающих на средство 22 для очистки воды, и далее направляется в резервуар 30 для хранения воды. Концентрированная загрязненная вода, выходящая из средства 22 для очистки воды, направляется на последующий клапан 64, проходит через второе отверстие 88B последующего клапана 64 и далее на основной клапан 62. Эта вода поступает к четвертому отверстию 76D основного клапана 62 и направляется через шестое отверстие 76F к сепарационным резервуарам 26, где удаляются некоторые взвешенные и растворенные материалы. Загрязненная вода выходит из сепарационных резервуаров 26 и возвращается к основному клапану 62 к седьмому отверстию 76G. Наконец эта вода направляется через восьмое отверстие 76H к блоку 28 рециркуляционных насосов, где ее давление повышается и она возвращается к основному клапану 62.

Как это показано на фиг. 2 и 7, обратный рабочий поток включается путем установки основного клапана 62 в такое положение, что клапанный элемент 68 устанавливается во второе положение. Во втором положении загрязненная вода от основного нагнетательного насоса 18 входит в первое отверстие 76A и загрязненная вода от блока 28 рециркуляционных насосов входит во второе отверстие 76B. Эти воды затем смешиваются и направляются в четвертое отверстие 76D. Вода, выходящая из четвертого отверстия 76D, направляется по каналам 36 во второе отверстие 88B последующего клапана 64 и через средство 22 для очистки воды течет в обратном направлении. Чистая вода отделяется от загрязненных вод, входящих в средство 22 для очистки воды, и направляется в резервуар 30 для хранения чистой воды. Концентрированная загрязненная вода после средства для очистки воды 22 направляется к последующему клапану 64, проходя через первое отверстие 88A и затем к основному клапану 62. Эта вода приходит от третьего отверстия 76C основного клапана 62 и через шестое отверстие 76F направляется в сепарационные резервуары 26, в которых удаляется часть взвешенных и растворенных материалов. Загрязненная вода выходит из сепарационных резервуаров 26 и возвращается к основному клапану 62 через седьмое
отверстие 76G. Наконец эта вода направляется через восьмое отверстие 76H к блоку 28 рециркуляционных насосов, где ее давление повышается и она возвращается к основному клапану 62.

Как это показано на фиг. 8, устройство 10 для очистки воды может быть отключено путем перевода клапанного элемента 68 в третье положение. В третьем положении все основные отверстия клапана закрыты и вода не протекает через основной клапан 62.

Как это показано на фиг. 2 и 9, быстрая промывка в прямом направлении осуществляется основным клапаном 62 таким образом, что клапанный элемент 68 перемещается в четвертое положение. В четвертом положении промывочная вода от внешнего источника 32 промывочной воды 32 входит в десятое отверстие 76J основного клапана 62 и направляется в восьмое отверстие 76H. Вода, выходящая из восьмого отверстия 76H, направляется через рециркуляционный насос 28 во второе отверстие 76B основного клапана 62. Затем вода выходит из основного клапана 62 через третье отверстие 76C и направляется в первое отверстие 88A последующего клапана 64 и через средство для очистки воды в прямом направлении. В данной операции чистая вода не отделяется. Вместо этого вся промывочная вода направляется после средства 22 для очистки воды обратно через последовательный клапан 64, проходит через второе отверстие 88B и далее к основному клапану 62. Вода поступает в четвертое отверстие 76D основного клапана 62 и через шестое отверстие 76F направляется в сепарационные резервуары 26. Вода промывает каждый сепарационный резервуар 26, выходит через промывочное отверстие 200 и возвращается к основному клапану 62 через отверстие 761. Наконец эта вода направляется на сброс отработанной воды через пятое отверстие 76E.

Как это показано на фиг. 2 и 10, быстрая промывка в обратном направлении включается основным клапаном 62, исполнительный элемент 68 которого перемещается в пятое положение. В пятом положении промывочная вода из источника 32 внешней промывочной воды входит в десятое отверстие 76J основного клапана 62 и направляется в восьмое отверстие 76H. Вода, выходящая через восьмое отверстие 76H, направляется через рециркуляционный насос 28 во второе отверстие 76B основного клапана 62. После этого вода выходит из основного клапана 62 через четвертое отверстие 76D, идет во второе отверстие 88B последовательного клапана 64 и через средство 22 для очистки воды 22 в обратном направлении. В данной операции чистая вода не отделяется. Вместо этого вся промывочная вода направляется после средства 22 для очистки воды обратно через последующий клапан 64, проходит через первое отверстие 88A и далее к основному клапану 62. Вода поступает в третье отверстие 76C основного клапана 62 и через шестое отверстие 76F поступает в сепарационные резервуары 26. Вода промывает каждый сепарационный резервуар 26, выходит через промывочное отверстие 200 и возвращается к основному клапану 62 через пятое отверстие 76E.

Как это показано на фиг. 2 и 11, при установке клапанного элемента 68 в шестом положении устройство для очистки воды работает в режиме простой промывки. Простая промывка включается путем установки клапанного элемента 68 основного клапана 62 в шестое положение. В шестом положении вода из сепарационных резервуаров 26, содержащая высокую концентрацию загрязняющих веществ и взвешенных частиц, удаленных из рабочей воды, сливается из каждого сепарационного резервуара 26 через промывочное отверстие 200. Эта вода возвращается к основному клапану 62 через девятое отверстие 76I и сливается через отверстие 76E для сброса использованной воды. Основной нагнетательный насос 18 и блок 28 рециркуляционных насосов могут быть использованы для облегчения слива воды из сепарационных резервуаров 26.

Как это показано на фиг. 1 и 12, операция обратной промывки осуществляется путем приведения в действие основного клапана 62 таким образом, что клапанный элемент 68 устанавливается в седьмое положение. В седьмом положении давление чистой вода из накопителя чистой воды 24 повышается насосом 25 обратного потока и пропускается в обратном направлении через средство 22 для очистки воды. Чистая вода поступает из средства 22 для очистки воды через отверстие 88B, последующий клапан 64, а затем протекает к основному клапану 62. Вода поступает в четвертое отверстие 76D основного клапана 62 и через шестое отверстие 76F идет в сепарационный резервуар 26. Вода промывает каждый сепарационный резервуар 26, выходит через промывочное отверстие 200 и возвращается к основному клапану через девятое отверстие 76I. Наконец использованная вода сбрасывается через пятое отверстие 76E.

Последующий клапан 64 предназначен для направления воды через мембранные сепараторы 106 в кожухи 100. Вода может направляться в прямом либо в обратном направлении через все мембранные сепараторы 106 или через отдельные мембранные сепараторы 106.

Движение воды в прямом и обратном направлениях регулируется основным поршневым клапаном 62, а сила потока воды к кожухам 100 регулируется последующим клапаном 64. Когда устройство 10 для очистки воды работает в прямом направлении, последующий клапан 64 получает воду около первого отверстия 88A из третьего отверстия 76C основного поршневого клапана 62 и возвращает воду из второго отверстия 88B в четвертое отверстие 68D основного поршневого клапана 62. Когда устройство 10 для очистки воды работает в обратном направлении, то последующий клапан 64 получает воду из четвертого отверстия 76D основного поршневого клапана у второго отверстия 88B и направляет воду в третье отверстие 76C основного поршневого клапана из первого отверстия 88A.

Как это показано на фиг. 4 и фиг. 13 - 18 последующий клапан 64 управляется блоком 72 управления и исполнительным средством 94. Исполнительное средство 94 избирательно перемещает клапанный элемент 92, расположенный внутри корпуса 91 клапана в пределах шести положений. Во время своей работы последующий клапан 64 выполняет следующие функции:
- работа в прямом и обратном направлениях, при этом поток направляется между первым отверстием 102 кожуха 100 и вторым отверстием 103 кожуха 100,
- промывка в прямом и обратном направлениях мембранного сепаратора 106A, при этом поток направляется между первым отверстием 102 и промывочным отверстием 104A,
- промывка в прямом и обратном направлениях второго мембранного сепаратора 106B, при этом поток направляется между промывочным отверстием 104A и промывочным отверстием 104B,
- промывка в прямом и обратном направлениях третьего мембранного сепаратора 106C, при этом поток направляется между промывочным отверстием 104B и промывочным отверстием 104C,
- промывка в прямом и обратном направлениях четвертого мембранного сепаратора 106D, при этом поток направляется между промывочным отверстием 104C и вторым отверстием 103,
На фиг. 2 и 13 показана работа в прямом и обратном направлениях, она обеспечивается путем включения последующего клапана 64, которое заключается в том, что клапанный элемент 92 установлен в первом положении. Когда устройство 10 для очистки воды работает в прямом направлении, то сырая вода поступает в первое отверстие 88A последующего клапана 64 от основного клапана 62, затем направляется в третье отверстие 88C, затем в первое отверстие 102 мембранных кожухов 100. Эта вода проходит через все мембранные сепараторы 106A - 106D, выходит из кожуха 100 через второе отверстие 103 как концентрированная загрязненная вода. После выхода из второго отверстия 103 вода поступает в четвертое отверстие 88D и направляется во второе отверстие 88B. Когда устройство 10 для очистки воды работает в обратном направлении, то направление потока изменяется на обратное, в результате чего сырая вода поступает во второе отверстие 103, а концентрированная загрязненная вода выходит из кожуха 100 через второе отверстие 102.

Последующий клапан 62 также обеспечивает возможность промывки каждого мембранного сепаратора в отдельности. Когда последующий клапан 62 работает в положении со второго по пятое, то он промывает отдельные мембранные сепараторы от 106A до 106D.

На фиг. 14 видно, что клапанный элемент 92, будучи установленным во второе положение, направляет поток сырой и рециркулированной воды между вторым отверстием 103 и третьим промывочным отверстием 102C мембранного кожуха 100. Такая схема позволяет направлять поток воды через мембранный сепаратор 106D последовательно для промывки мембранного сепаратора 106D в прямом и обратном направлениях.

Когда устройство для очистки воды работает в прямом направлении, вода поступает на последовательный клапан 64 от третьего отверстия 76C основного поршневого клапана в отверстие 88A и затем эта вода поступает в седьмое отверстие 88G, а затем в третье промывочное отверстие 104C. Вода промывает мембранный сепаратор 106C в прямом направлении и выходит из кожуха 100 через второе отверстие 103, а затем через каналы 36 идет в четвертое отверстие 88D. После этого вода поступает во второе отверстие 88B, возвращаясь через каналы 36 в четвертое отверстие 76D основного поршневого клапана 62. При работе устройства очистки воды в обратном направлении изменяется направление потока воды и промывочная вода поступает во второе отверстие 103 и выходит из кожуха 100 через третье отверстие 104C.

На фиг. 14 элемент клапана 92, будучи установленым в третье положение, направляет поток воды и рециркуляционную воду между вторым промывочным отверстием 104B и третьим промывочным отверстием 104C мембранного кожуха 100. Таким образом поток воды направляется последовательно через третий мембранный сепаратор 106C в прямом или обратном направлении, промывая его. Когда устройство для очистки воды 10 работает в прямом направлении, на последовательный клапан 64 вода поступает из третьего отверстия 76C основного поршневого клапана у первого отверстия 88A, затем вода поступает к седьмому отверстию 88G и затем в промывочное отверстие 104C. Вода промывает мембранный сепаратор 106 в прямом направлении и выходит из кожуха 100 через второе промывочное отверстие 104B и через каналы 36 поступает в шестое отверстие 88F. Затем вода выходит через второе отверстие 88B, возвращаясь через каналы 36 к четвертому отверстию 76D основного поршневого клапана 62. При работе устройства 10 для очистки воды в обратном направлении направление потока меняется на обратное и промывочная вода направляется во второе промывочное отверстие 104B и выходит из кожуха 100 у третьего отверстия 104C.

Как это видно на фиг. 15, клапанный элемент 92, будучи установленным в четвертом положении, направляет поток сырой и рециркуляционной воды между первым промывочным отверстием 104A и вторым промывочным отверстием 104B мембранного кожуха 100. Таким образом, вода направляется через второй мембранный сепаратор 106B, последовательно промывая мембранный сепаратор 106B в прямом или обратном направлении. Когда устройство 10 для очистки воды работает в прямом направлении, то на последующий клапан 64 вода поступает из третьего отверстия 76C основного поршневого клапана у первого отверстия 88A, затем вода поступает в пятое отверстие 88E и во второе промывочное отверстие 104B. Вода промывает мембранный сепаратор 106B в прямом направлении и выходит из кожуха 100 у третьего промывочного отверстия 104C, затем по каналам 36 поступает к шестому отверстию 88F. После этого вода выходит через второе отверстие 88B и через каналы 36 возвращается к четвертому отверстию 76D основного поршневого клапана 62. При использовании устройства 10 для очистки воды в обратном направлении поток воды меняется на обратный и промывочная вода направляется во второе промывочное отверстие 104B и выходит из кожуха 100 у первого промывочного отверстия 104A.

Как это показано на фиг. 16, клапанный элемент 92, будучи установленным в пятом положении, направляет поток сырой и рециркуляционной воды между первым отверстием 102 и первым промывочным отверстием 104A мембранного кожуха 100. Таким образом, вода проходит через первый мембранный сепаратор 106A, последовательно промывая мембранный сепаратор 106A в прямом или обратном направлении. При использовании устройства 10 для очистки воды в прямом направлении вода поступает на последующий клапан 64 из третьего отверстия 76C основного поршневого клапана у его первого отверстия 88A, затем поступает в третье отверстие 88C и в первое отверстие 102. Вода промывает мембранный сепаратор 106A в прямом направлении и выходит из кожуха 100 через второе промывочное отверстие 104B, затем по каналам 36 идет в пятое отверстие 88E. Затем вода выходит ко второму отверстию 88B и по каналам 36 поступает к четвертому отверстию 76 основного поршневого клапана 62.

При работе устройства 10 для очистки воды в обратном направлении направление потока воды меняется на обратное и промывочная вода направляется в первое промывочное отверстие 104A и выходит из кожуха 100 у первого отверстия 102.

Как это показано на фиг. 18, при отключении устройства 10 для очистки воды клапанный элемент 92 последующего клапана 64 устанавливается в шестое положение. В шестом положении все отверстия последовательного клапана закрыты и вода не протекает через последующий клапан 64.

Вышеописанное изобретение имеет ряд важных отличительных признаков и преимуществ по сравнению с существующими системами. Эти преимущества описаны ниже.

В вышеописанном устройстве 10 для очистки воды используется технология мембранной сепарации, однако она не требует какой-либо предварительной химической очистки сырой входящей воды или химической очистки мембранных сепараторов. Это является серьезным улучшением существующих мембранных сепараторов, поскольку устройство снимает проблемы, связанные с предварительной химической очисткой и химической обработкой самого устройства 10 для очистки воды.

Устройство 10 для очистки воды позволяет использовать режимы прямого и обратного потока. Это способствует более равномерному износу мембранных сепараторов 106, находящихся внутри мембранного кожуха 100, и не допускает преждевременного износа мембранных сепараторов 106, расположенных у одного конца кожуха 100, в отличие от существующих мембранных сепараторов, работающих при одном направлении потока воды.

Быстрые циклы промывки также осуществляются в прямом и обратном направлениях, что позволяет производить эффективную промывку мембранных сепараторов 106A и 106D, расположенных смежно с концами 112 и 114 мембранного кожуха 100. Это позволяет исключить необходимость химической очистки.

Мембранный кожух 100 также содержит индивидуальные отверстия 104 промывки мембран, расположенные между смежными мембранными сепараторами 106, установленными последовательно внутри кожуха 100. При использовании вместе с последующим клапаном 64 это позволяет осуществлять индивидуальную промывку каждого мембранного сепаратора 106, расположенного внутри кожуха 100 в прямом или обратном направлении, и позволяет также эффективно промывать каждый мембранный сепаратор 106 в отдельности, установленный в кожухе 100 независимо от его положения внутри кожуха 100. Это устраняет возможность неполной или неэффективной промывки мембранных сепараторов 106, расположенных внутри ряда сепараторов, что также исключает необходимость химической очистки. Например, это дает возможность промывать по отдельности мембранные сепараторы 106B и 106C, установленные в положении два (2) и три (3) внутри кожуха 100.

Первое и второе отверстия 102 и 103 в кожухе мембранного сепаратора 100 расположены под углом 90^o по отношению к мембранным сепараторам 106, так чтобы струи, несущие большие объемы воды под большим давлением, и твердые вещества, попадающие в кожух, не были направлены на питающие концы мембранных сепараторов 106A и 106D. Недопущение удара струи, имеющего сильное абразивное воздействие, помогает сократить износ мембранных сепараторов 106A и 106D. Подача сырой и рециркуляционной воды под углом 90^o не допускает образования каналов внутри питающей шайбы мембранного сепаратора, что также сокращает преждевременный износ, который является обычным явлением в существующих конструкциях кожухов мембранных сепараторов.

Модификации конструкции шайбы 242 мембранного сепаратора исключают необходимость применения предварительной химической обработки и очистки. Конструкция шайб 242 изменена таким образом, чтобы частицы твердых веществ и шлама большего размера улавливались на питающем конце шайбы 242 мембранного сепаратора, и таким образом, чтобы только частицы меньшего размера могли легко проходить через шайбу 242. Это достигается использованием фильтрационных средств 248, установленных на каждом конце мембранного сепаратора. Частицы, шлам и другие твердые вещества улавливаются фильтрационными средствами 248 на концах питающих шайб мембранных сепараторов. Эти твердые вещества и шлам легко вымываются во время циклов быстрой промывки или цикла обратного потока, при этом они не улавливаются внутри основного корпуса питающей шайбы мембранного сепаратора, откуда их очень трудно было бы удалить промывкой. Существующие питающие шайбы мембранных сепараторов не имеют такой высокой способности улавливания твердых веществ/шлама. Каждое из фильтрационных средств 248 может обеспечивать степень фильтрации до 1 мкм и не позволяет твердым частицам входить во внутренние области корпуса мембраны.

Способность устройства для очистки воды работать при направлении потока как в прямом, так и в обратном направлениях позволяет чередовать работу в прямом и обратном направлениях. Перемена направления потока воды с прямого на обратное позволяет смывать твердые частицы, шлам и т.д., уловленные фильтрационными средствами 248, что также исключает необходимость химической очистки мембранных сепараторов 106. Время работы в прямом и обратном направлениях определяется количеством частиц и шлама, находящихся в питающих шайбах мембранного сепаратора. В случае большого количества частиц и шлама необходимо часто менять направление потока с прямого на обратное, чтобы очень быстро удалить накопившийся материал до того, как количество загрязнений превысит способность питающей шайбы улавливать эти частицы и шлам. В случае малого их количества частота смены циклов может быть уменьшена. Изменение цикла вперед/назад может осуществляться каждые 15 секунд или один раз в восемь часов и может регулироваться реле времени или датчиками давления, срабатывающими от нагрузки или иными методами. Уплотнения 252 соляного раствора выполнены на каждом конце каждого мембранного сепаратора 106 внутри кожуха 100, так что весь поток воды продавливается последовательно через каждый мембранный сепаратор 106 и питающую шайбу 242, независимо от прямого или обратного направления потока, и они не допускают обтекания воды вокруг внешней стороны мембранного сепаратора 106. Могут использоваться обычные уплотнения 252 соляного раствора, при этом обычные уплотнения 252 соляного раствора должны быть перевернуты на мембранном сепараторе 106, в обратном направлении по сравнению с их обычным использованием, так чтобы вода обтекала внешнюю сторону мембранного сепаратора 106 и выравнивала давление внутри и снаружи мембранного сепаратора 106. Это уменьшает риск разрыва внешнего корпуса мембранного сепаратора 106 вовремя нагнетания давления. Далее, углубления 258 не позволяют внешнему корпусу мембранного сепаратора разорваться вовнутрь.

Сепарационные резервуары 26 уменьшают концентрацию твердых веществ и шлама в концентрированной загрязненной воде, выходящей из кожуха мембранного сепаратора 100. Таким образом, количество таких материалов, вводимых обратно в систему рециркуляции и подаваемых в мембранные сепараторы 106, уменьшается. Избыточные количества этих твердых веществ могут вызвать преждевременный износ, повредить мембранный сепаратор или привести к нарушениям в работе мембранных сепараторов по причине абразивного воздействия или накопления этих твердых веществ, шлама и т.д. на сепарационных мембранах 234. Вода в сепарационные резервуары 26 попадает из кожуха 100 как во время работы в прямом и обратном направлениях, так и во время промывки в прямом и обратном направлениях. Твердые частицы, шлам и другие загрязнения из концентрата поддерживаются в растворе или во взвешенном состоянии благодаря высокой скорости водяного потока, выходящего из кожуха мембранного сепаратора 100 во время работы. Сепарационные резервуары 26 выполнены таким образом, что они гораздо больше, чем трубы, несущие отработанный концентрированный поток, что уменьшает скорость потока, когда вода проходит через резервуар 26, что в свою очередь заставляет твердые частицы и шлам, присутствующие в водяном потоке, выпасть из него. Эта уменьшенная скорость поддерживается в течение определенного времени в зависимости от характера твердых частиц и/или шлама, которые необходимо удалить. Удаление этих материалов уменьшает износ мембранных сепараторов и также исключает необходимость использования химических реагентов для очистки.

Сепарационные резервуары 26 могут быть сконструированы с или без внутренних элементов, которые создают центробежный эффект, дополнительно выводя из воды твердые вещества и шлам из концентрированного водяного потока.

Использование операций промывки "обратным потоком" также исключает необходимость химической очистки мембранных сепараторов. Операции промывки "обратным потоком" заставляют воду высокого качества (обычно это вода, производимая самими мембранными сепараторами) проходить через мембранный сепаратор 106 в обратном направлении, по сравнению с работой обычного мембранного сепаратора. Эта операция заменяет наносящую вред химическую очистку мембранных сепараторов, необходимую в конструкциях существующих мембранных сепараторов, и исключает сопутствующий износ мембран, понижение производительности, снижение эффективности и повреждения, связанные с использованием химической очистки.

Хотя некоторые существующие мембранные сепараторы могут использоваться в режиме обратного потока под низким давлением, эти существующие конструкции мембранных сепараторов часто являются непрочными при такой работе, даже при низких давлениях из-за неудовлетворительной изоляции водопроницаемого мембранного тонкопленочного слоя 236 и водопроводящего слоя 238 друг от друга и от канала 240 для очищенной воды. В настоящем изобретении используется специальная конструкция мембраны, позволяющая работу в обратном направлении при высоком давлении, что повышает эффективность работы с обратным потоком. В настоящем изобретении давления обратного потока могут изменяться в пределах от 10% рабочего давления до 100% рабочего давления.

Конструкция мембраны улучшена для обеспечения повышенной прочности при высоком давлении во время обратного потока, это достигается за счет использования современных клеящих веществ, таких как современные эпоксидные смолы или иные высокопрочные и химически устойчивые клеящие вещества, а также современных способов сшивания, предусматривающих использование химически устойчивых и прочных ниточных материалов, применяемых для уплотнения по отношению одного к другому водопроницаемого слоя 236 и продуктопроводящего слоя 238, а также по отношению к центральному несущему каналу для чистой воды. Близко расположенные стежки, сочетающиеся с современными клеями, с использованием высокопрочных и устойчивых пластмассовых или металлических нитей, полностью предотвращают отделение листа мембраны во время обратного потока.

Мембранные сепараторы 106 также противостоят высоким давлениям, используемым во время обратного потока, с помощью улучшенной конструкции уплотнений 252 соляного раствора и канавок 258. Внешний корпус 243 мембранного сепаратора 106 может быть сделан более прочным путем его усиления или путем его изготовления из более прочного внешнего корпуса, чтобы избежать разрыва. Для усиления внешнего корпуса, среди всего прочего, могут использоваться такие армирующие материалы, как Кевлар, стальная сетка или сетка из нержавеющей стали, современные пластики и пластики из стекловолокна.

Снижается необходимость химической очистки мембранных сепараторов 106, поскольку мембранные сепараторы 106 находятся в чистой воде во время нахождения системы в выключенном состоянии во избежание засорения или "цементирования" сепарационной мембраны 234 и/или шайб 242. До выключения системы с устройством 10 для очистки воды включается цикл обратного потока, обеспечивая тем самым промывку и поддержание мембранных сепараторов 106 в растворе чистой воды. При этом загрязняющие вещества выталкиваются из сепарационной мембраны 234 и питающих шайб 242. Таким образом, все устройство 10 и сепараторы 106 могут быть промыты в растворе чистой воды, и они могут поддерживаться в таком состоянии.

Настоящее устройство 10 для очистки воды работает на малой доле мощности обычной конструкции мембранного сепаратора и имеет большую производительность на одну мембрану при обеспечении рекомендуемого производителем количества чистой воды от количества использованной воды в пределах от 10 до 15%.

Основной привод и рециркуляционные насосы 18 и 28 выбираются достаточного размера, чтобы поддерживать отношение общего количество очищенной воды к общему объему потока в системе на уровне 10 - 15%, как это рекомендуется производителями обычных мембранных сепараторов. Для достижения этого отношения основной нагнетательный насос 18, способный обеспечивать достаточный поток при желаемом рабочем давлении общего количества очищенной воды, плюс общее желаемое количество концентрированной сбросной воды, устанавливается вместе с рециркуляционным насосом 28, способным обеспечивать рециркуляционный поток через мембранные сепараторы, не менее чем в 10 раз больший, чем поток очищенной воды минус общий поток от основного нагнетательного насоса 18. Это обеспечивает прохождение потока через мембранные сепараторы 106, равного количеству, не менее чем в 10 раз большему количества выхода очищенной воды, и обеспечивает не более 10% выхода воды, как это рекомендовано производителями обычных мембранных сепараторов.

Может быть выбран другой рециркуляционный насос 28, обладающий производительностью, по крайней мере, в два раза большей, чем основной нагнетательный насос. Это даст возможность повысить коэффициент выхода продукта более чем на 10%, но нужно понимать, что это приведет к повышенному износу мембранных сепараторов и поэтому такое не рекомендуется.

Совместное использование основного нагнетательного насоса 18 и рециркуляционного насоса 28, обеспечивающее 10 - 15% отношение, описанное выше, позволяет работать с наибольшей экономией энергии. Это осуществляется следующим образом.

Основной нагнетательный насос 18 накачивает только количество воды, равное количеству очищенной воды плюс количество концентрированной сбросной воды, а не общее количество воды в системе плюс рециркуляционный поток. Рециркуляционный насос 28 обеспечивает остальное количество, но ему необходимо работать только под давлением, равным разности давлений между давлением на внутренней стороне мембранных сепараторов 106 и на внешней стороне мембранных сепараторов 106. Падение давления вдоль мембранных сепараторах 106 известно как трансмембранное падение давления и оно изменяется в зависимости от размера и типа используемой мембранной питающей шайбы 242, при правильном выборе давление обычно не превышает 20 psi. Для выравнивания необходимого потока рециркуляционного насоса 28 необходимо применение накопителя, в особенности во время первоначального пуска. В качестве накопителя могут использоваться сепарационные резервуары 26.

В табл. 4 приводятся данные о потребности в энергии и мощности, которые необходимы в известных конструкциях мембранных сепараторов, при этом потребности соответствуют требованиям производителей обычных мембран.

Погружные водоохлаждаемые центробежные насосы используются как в качестве основного нагнетательного насоса 18, так и в качестве рециркуляционного насоса 28. Погружные водоохлаждаемые центробежные насосы работают с более высоким коэффициентом полезного действия (более 70%), чем центробежные двигатели воздушного охлаждения (коэффициент полезного действия 60%), и поэтому требуют меньше мощности для производства той же работы. При использовании в указанных условиях погружных водоохлаждаемых центробежных насосов требуется мощность менее 1,71 лошадиных сил. Это дает экономию более чем на 0,28 лошадиных сил, по сравнению с двигателями воздушного охлаждения, описанными выше, а общая экономия мощности составляет более 7,37 лошадиных сил (более 81%) по сравнению с существующими мембранными сепараторами, работающими с выходом продукта, рекомендованным производителями.

ФОРМУЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В ЛОШАДИНЫХ СИЛАХ

Тепло, производимое моторами насосов, используется для повышения коэффициента полезного действия мембранных сепараторов, и оно используется с максимальной степенью эффективности посредством погружных водоохлаждаемых моторов с использованием кожухов типа насос/мотор, оптимизированных для облегчения съема тепла.

При начальном повышении давления потока сырой воды на входе все комбинации центробежных нагнетательных насосов/моторов производят тепло, которое необходимо отвести. При создании требуемого рециркуляционного потока, представленного в качестве цели настоящего изобретения, все комбинации рециркуляционных насосов/моторов производят тепло, которое необходимо отвести. Это тепло практически полностью теряется при применении моторов с воздушного охлаждения, используемых в комбинации с существующими мембранными сепараторами.

Неотведенная тепловая энергия является минимальным при использовании существующих кожухов погружных и водоохлаждаемых насосов, поскольку эти существующие кожухи специально сконструированы, чтобы быстро отводить тепло.

Неотведенное тепло от существующих комбинаций мотор/насос является также минимальным, поскольку существующие комбинации мотор/насос сконструированы таким образом, чтобы минимизировать тепло, производимое мотором насоса, и предотвратить возможный перегрев мотора.

Благодаря этим факторам, даже если в существующих мембранных сепараторах использовать погружные и водоохлаждаемые центробежные насосы, их эффективность будет минимальной, поскольку комбинации мотор/насос производили бы очень мало тепла и существующие кожухи моторов/насосов быстро рассеяли бы это тепло. Кожухи нагнетательных насосов/моторов сырой воды, примененные в настоящем изобретении, а также блоки нагнетательных насосов/накопителей концентрированного/рециркуляционного потока под давлением оптимизированы, чтобы удержать как можно больше тепла, произведенного погружными и водоохлаждаемыми насосами и передать как можно больше этого тепла водяному потоку.

Кожухи насосов/моторов, сепарационные резервуары 26, транспортные каналы 36 и связанные с ними элементы изготовлены из пластика, обладающего хорошими изоляционными свойствами, к таким пластикам относится полиэтилен высокой плотности, тяжелый алюминий, сталь или нержавеющая сталь, ее используют в тех случаях, когда невозможно использовать пластмассу. Возможно использование других пластиков или металлов, однако определяющими свойствами являются изоляционные свойства и способность этих материалов удерживать тепло, а не рассеивать его в атмосферу.

При данном потоке оптимальная глубина воды и скорость потока над погружным мотором обеспечивают оптимальную передачу тепла воде, увеличивают до максимума передачу тепла от мотора, охлаждая его и в то же время повышая температуру потока воды, текущей над мотором. Это очень важно как для охлаждения мотора, так и для коэффициента полезного действия системы, снабженной кожухами насоса/мотора и другими элементами.

Сырая вода проходит только один раз через главный нагнетательный насос, поскольку этот насос/мотор обеспечивает весь поток очищенной воды плюс поток сбрасываемой воды. Рециркуляционная вода будет проходить около и вокруг рециркуляционного насоса/мотора четыре раза, и каждый раз сырая вода проходит через главный нагнетательный насос, поскольку этот насос/мотор обеспечивает поток воды больший в, по меньшей мере, четыре раза, чем поток воды, проходящий через питающий нагнетательный насос сырой воды. Это позволяет ввести значительное количество тепла в поток воды.

Для еще большего увеличения переноса тепла все комбинации насос/мотор могут быть выбраны с меньшим мотором, чем это рекомендуется производителем насосов, так чтобы моторы в рабочих условиях работали на своей номинальной мощности и, следовательно, работали при более высоких температурах и вырабатывали больше тепла для передачи его водному раствору.

Комбинация кожухов для насоса/мотора, накопителей, выбор материалов трубопроводов и компонентов для работы выбраны так, чтобы обеспечить повышение температуры воды, подаваемой на мембраны, по меньшей мере, на 3-4^o (5-7^oF) и поэтому увеличить выход окончательно очищенной воды на не менее чем 10% по сравнению с существующими конструкциями мембранных сепараторов на то же количество мембран. Это позволяет уменьшить количество мембран и соответственно повысить эффективность работы мембранных сепараторов.

Исключительно расточительные циклы быстрой промывки, присутствующие в существующих мембранных сепараторах, исключены в предлагаемом устройстве 10 для очистки воды, извлекающем большее количество воды из общего количества поступающей сырой воды. Высокий выход определяется как операция, при которой большая часть сырой питающей воды на входе становится окончательно очищенной водой (не менее 50%) и/или при котором концентрированный сбрасываемый поток приближается к уровню насыщения, при котором присутствуют один или более нежелательных загрязняющих ионов, таких как кальций, железо, кремний или сульфаты, масла, органические вещества и т.д.

Серьезной проблемой в работе мембранных сепараторов, работающих обычным способом, является то, что загрязнители, первоначально присутствующие в растворе в растворенной форме, так же как вредные вещества, шлам, органические вещества и масла, присутствуют во взвешенном состоянии или псевдоожиженном состоянии в растворе, уходят из раствора по мере того, как вода извлекается из него и степень концентрации загрязнителей увеличивается в оставшемся объеме воды. Это серьезно ограничивает возможности извлечения воды существующих мембранных сепараторов около или ниже уровня насыщения при статических условиях (нулевое давление, нулевой поток). Эксплуатация существующих мембранных сепараторов на уровнях выше уровня насыщения быстро засорит, и закупорит мембранные сепараторы, и вынудит прибегнуть к вредной химической очистке.

На уровнях, слегка превышающих уровень насыщения, растворенные загрязнители, твердые вещества, шламы и другие материалы обычно находятся во взвешенном состоянии или растворены, при этом скорость потока высока и концентрированный поток сбрасываемой воды имеет высокую скорость и давление, как это имело место в случае единого прохода, при системе с низким выходом конечного продукта, при использовании которой не производится рециркуляции и концентрации. Как только давление и температура падают или останавливаются в любых существующих мембранных системах, то концентрированные твердые вещества, шлам и другие вещества тут же выпадают из раствора и накапливаются на водопроницаемом слое и внутри питающих шайб мембранных сепараторов, опять вызывая засорение мембраны, ее закупоривание и прекращение работы, что может быть исправлено только путем быстрой промывки мембранных сепараторов с исключительно большим расходом воды и/или вредной химической очистки мембран. По этой причине существующие мембранные сепараторы не могут работать так, чтобы раствор сырой питающей воды на входе концентрировался более, чем уровень насыщения растворенных загрязнителей, шлама, масел, органических веществ или других материалов в статических условиях. Если в существующей конструкции мембранного сепаратора предусмотрена возможность рециркуляции воды с тем, чтобы увеличить выход продукта, то проблема лишь усугубляется. Загрязнители, твердые вещества, масла и органические вещества выходят из концентрированного раствора сбрасываемой воды при достижении уровня насыщения, когда давление концентрированного потока снижается до низкого давления сырой питающей воды на входе, поскольку концентрат входит и смешивается с сырой питающей водой на входе перед входом нагнетательного повышающего давление насоса для сырой воды. Как только эти материалы выходят из раствора, они становятся для мембранного сепаратора абразивами и шламом, вызывая абразивный износ и отложение материалов на тонкопленочных поверхностях мембранных сепараторов и внутри питающих шайб мембранных сепараторов. Это сокращает срок службы мембранных сепараторов, наносит непоправимый ущерб мембранам, снижает эффективность его работы, а также требует проведения циклов быстрой промывки с большим неоправданным расходом воды и вредной химической очистки мембранного сепаратора.

Часто в конструкциях известных мембранных сепараторов требуется 10% или более процентов исходного объема доступной сырой воды только для проведения циклов быстрой промывки. Это значит, что даже при казалось бы 50% выходе продукта (продукт производится в объеме 1 галлон в минуту для каждого 1 галлона в минуту окончательно сбрасываемой воды в ходе работы системы), если принять во внимание сбрасываемую воду, необходимую для быстрой промывки, фактический выход продукта оказывается значительно ниже. Если, например, необходимо 10% сырой воды для быстрой промывки, то, имея 100 галлонов сырой воды, фактически получаем:
а) 10 галлонов отходов от быстрой промывки;
б) 45 галлонов отходов в качестве концентрированных отходов во время работы системы;
в) 45 галлонов окончательно очищенной воды.

Это приводит к тому, что в существующих мембранных сепараторах извлекается только 45% чистой воды и 55% воды сбрасывается при кажущейся эффективности работы в 50%, и это не считая отходов воды во время требуемых циклов химической очистки воды.

Рециркуляционный насос 28, объединенный с сепарационным резервуаром 26; улучшенная конструкция питающей шайбы мембраны; рабочие циклы в прямом и обратном направлениях; циклы быстрой внутренней промывки в прямом и обратном направлениях; улучшенная схема работы потока сбрасываемой воды; улучшенная система управления и циклы переключения потока в обратном направлении для предотвращения забивания и закупоривания тонкопленочных поверхностей мембранного сепаратора и питающих шайб мембранного сепаратора. Все это избавляет от необходимости проведения вредной химической очистки и расточительного расхода воды во время циклов быстрой промывки.

В ходе нормальной работы поток находящейся под давлением сырой воды идет сначала к одному подающему концу мембранного сепаратора(ов). Шайбы 242 выполнены таким образом, что они улавливают твердые вещества и шлам на подающем конце мембранного сепаратора и не позволяют твердым веществам и шламу далее проникнуть в шайбу 242 и мембранный сепаратор 106. Концентрированная загрязненная вода, выходящая из мембранных сепараторов, истекает через трубопроводы с большой скоростью и направляется в сепарационные резервуары 26.

После того как прошло определенное время, упало давление на определенную величину или достигнут иной параметр, направление рабочего потока в мембранном сепараторе(ах) 106 меняется на обратное. Входящая сырая вода подается на противоположный конец мембранного сепаратора(ов), где твердые вещества и шлам улавливаются и не допускаются в фильтрационное средство 248 и мембранный сепаратор 106. При изменении направления потока в мембранном сепараторе 106 твердые вещества и шлам, уловленные фильтрационным средством 248 на конце, ранее служившим входом, вместе с нормальным концентрированным потоком отработанной воды выталкиваются по трубопроводу с большой скоростью в сепарационный резервуар 26. Время циклов в прямом и обратном направлениях устанавливается в зависимости от нагрузки на вход фильтрационного средства 248.

Концентрированная вода, выходящая из мембранных сепараторов 106, всегда находится под более низким давлением, чем первоначальное давление, с которым вода подается на вход мембранных сепараторов, поскольку давление падает во время прохода сырой воды через мембранные сепараторы 106 и фильтрующее средство 248. Падение давления можно контролировать и оно обычно устанавливается между 20 и 40 psi (фунт на квадратный дюйм). Раствор, обладающий более низким давлением и перемещающийся с меньшей скоростью, не может удержать в себе такое количество загрязнителей, как раствор, находящийся под высоким давлением и перемещающийся с более высокой скоростью, поэтому загрязнители, органические вещества и масла, которые могут оставаться в растворе или взвеси при высоком давлении и высокой скорости потока на входе мембранного сепаратора, могут уйти из раствора по мере падения этого давления и скорости потока. Выпадению твердых веществ способствует также повышение концентрации твердых веществ, шлама, органических веществ и масел в потоке отработанной воды и увеличенное содержание загрязнителей, поскольку вода выходит из корпуса мембранных сепараторов после того, как из нее уже была извлечена очищенная вода.

После выхода из мембранного сепаратора(ов) загрязнители, твердые вещества, шлам и поток концентрированной отработанной воды идут с высокой скоростью через трубопроводы, удерживая загрязнители во взвешенном состоянии, и входят в сепарационные резервуары 26. Скорость потока воды значительно падает (до необходимой величины), когда она попадает в сепарационные резервуары 26 благодаря конструкции этих резервуаров 26. Комбинация уменьшения скорости, конструкции резервуаров 26 и времени, в течение которого вода течет с меньшей скоростью, приводит к тому, что взвешенные и/или псевдоожиженные твердые вещества, сверхнасыщенные загрязнители, органические вещества, масла и т.д. выпадают из раствора. Специальная конструкция сепарационных резервуаров 26 также способствует отделению этих насыщенных загрязнителей, твердых веществ, органических веществ и/или масел от концентрированного потока воды центробежными силами. Эти выделенные твердые вещества и материалы не попадают опять в поток рециркуляционной воды и поэтому не вызывают засорения или закупоривания мембранных сепараторов 106. Поскольку твердые вещества, шлам, масла, органические вещества и т.д. выделяются из рециркуляционного водяного потока и собираются внутри сепарационных резервуаров 26 во время нормальной работы системы, как части рабочего цикла, становятся ненужными циклы быстрой промывки с расточительным расходом воды.

Поскольку все устройства для очистки воды с использованием мембранных сепараторов имеют какой-то постоянный поток отработанной воды, чтобы удалять соли и не дать растворенным солям накопиться сверх приемлемого уровня, было бы идеально, если бы этот сбрасываемый поток имел бы максимальный уровень уловленных твердых веществ и шлама. Для облегчения этого процесса концентрированный поток отработанной воды берется из промывочного отверстия каждого сепарационного резервуара 26, обеспечивая выход накопившихся твердых веществ и шлама из резервуара 26 во время нормальной работы.

Вода, выходящая из сепарационных резервуаров 26, практически свободна от твердых веществ и загрязнителей, которые ушли из раствора до того, как вода попала в блок 28 рециркуляционных насосов. Таким образом, вода, выходящая из сепарационных резервуаров 26, нагнетается блоком 28 рециркуляционных насосов опять до рабочего давления системы и вновь рециркулируется через мембранные сепараторы 106, так что вода не теряется и не тратится напрасно. В этих насосах поднимается давление и скорость воды, загрязнители, которые, возможно, в ней остались, опять растворяются и сжижаются и поэтому не засоряют и не закупоривают мембранные сепараторы 106.

Использование устройства по такой схеме позволяет работать с насыщенными растворами, что было бы разрушительно для существующих мембранных сепараторов.

В большинстве случаев возможно извлекать до 90% или более чистой воды от исходного потока сырой питающей воды, применяя этот метод вместе с правильным подбором и использованием мембран.

Уловленные твердые вещества в сепарационном резервуаре 26 выбрасываются во время циклов очистки без перерывов в работе устройства при помощи дренажа, снабженного насосом или под действием силы тяжести, при этом теряется очень мало воды, поскольку для вывода накопившихся твердых веществ необходимо заменить менее 50% объема сепарационного резервуара 26. Когда сепарационные резервуары 26 достигают момента, когда их необходимо очистить, необходимо также очистить сепарационную мембрану 234. В этот момент включается обратный цикл. Накопитель чистой воды 24 используется для регулирования объема воды, используемого во время цикла обратного потока для очистки и промывки мембранного сепаратора(ов) 106. Обратный поток вымывает загрязнители и концентрированную сырую воду из мембранных сепараторов 106 и кожуха 100 мембранного сепаратора. Поскольку объем накопителя чистой воды фиксирован, то для промывки используется только этот фиксированный объем воды во время цикла обратного потока.

Если взять систему стандартной конфигурации, то объем воды, находящейся в накопителе чистой воды, равен четырем объемам общего объема воды, находящейся внутри мембранных сепараторов 106 и кожухов 100 в стандартной конфигурации (хотя возможны большие или меньшие объемы), таким образом обеспечивается эквивалент промывки четырех мембранных сепараторов, при этом мембранные сепараторы остаются заполненными свежей водой до следующего рабочего цикла.

При обычной конфигурации объем воды, содержащейся в накопителе чистой воды, равен 50% от объема воды, содержащейся в сепарационных резервуарах 26, обеспечивая идеальный объем для промывки собравшихся твердых веществ, шлама и других материалов из резервуаров 26, сведя к минимуму напрасный расход воды. Поскольку при цикле работы в обратном направлении чистая вода течет в обратном направлении через мембранные сепараторы 106 (чистая вода поступает к сердечнику, расположенному внутри сепаратора, далее проходит в обратном направлении через тонкую пленку мембранного сепаратора), пленочная поверхность мембранного сепаратора очищается от всех загрязнителей, которые могли бы начать осаждаться на поверхностях мембраны.

Во время последующего рабочего цикла чистая вода, поступающая из мембранного сепаратора(ов) 106, течет в накопительный резервуар 24 для чистой воды перед ее окончательным выходом из системы на хранение или использование, опять заполняя накопительный резервуар. Объем накопительного резервуара 24 для чистой воды в 4 раза больше объема воды, заполняющей кожухи мембранного сепаратора(ов) 100, составляет 0,5 объема, содержащегося в сепарационных резервуарах 26 в стандартном исполнении, и равен объему, соответствующему менее 4 минутам производства воды при работе системы. Таким образом, даже если обратный цикл включается каждые два часа работы системы, то только 4 минуты из 120 минут работы системы тратится впустую, что составляет менее 3,5%. Это позволяет получить значительную экономию по сравнению с обычными сепараторами, в которых производится быстрая промывка со сливом использованной воды.

Чистая вода, используемая во время обратных циклов, остается внутри системы и далее используется для промывки оставшихся частиц из сепарационных резервуаров 26. Таким образом, в резервуарах 26 имеется вода высокого качества, пригодная для дальнейшей работы и промывания системы во время последующего рабочего цикла. Концентрированная сбрасываемая вода, истекающая от мембранных сепараторов 106 и кожухов мембранных сепараторов 100, выходит в первый период работы в ходе обратного цикла, перемещается в сепарационные резервуары 26. Открывается промывочный клапан 200 сепарационных резервуаров 26, при этом накопившиеся твердые вещества, шлам и другие загрязнители сливаются в канализацию. Остальная вода, выходящая
из мембранных сепараторов 106 и кожухов 100, является относительно чистой водой и эта относительно чистая вода используется для перемещения эквивалентного объема концентрированной сбрасываемой воды из сепарационных резервуаров 26, а также для промывки любых оставшихся твердых веществ из резервуаров 106.

Это позволяет иметь относительно чистую воду внутри системы, кроме этого, это позволяет запускать эту воду в работу сразу после того, как устройство для очистки воды возобновляет нормальную цикличную работу. Таким образом, в канализацию сбрасывается только объем воды, содержащийся в накопителях 24, а не такой большой объем воды, необходимой для быстрой промывки при осуществлении известных способов очистки во время циклов промывки/дренажа и вода высокого качества, используемая во время работы в обратном направлении, удерживается в системе для повторной обработки.

Поскольку практически все элементы устройства 10 для очистки воды погружены в воду высокого качества при начале рабочего цикла эта вода высокого качества промывает мембранные сепараторы 106 и обеспечивает ополаскивание высокого качества до того, как туда поступит сырая вода, входящая с загрязнителями.

Использование клапанов типа ес уменьшает капитальные расходы, их конструкция является более простой, чем сложные клапанные устройства, используемые в существующей технологии мембранной сепарации. Два специальных одинарных поршневых многофункциональных клапана используются вместо 15-ти обычных автоматических клапанов с единым выходом. Это уменьшает капитальные затраты на обслуживание клапанов, трубопроводов и опорную конструкцию, снижает расходы на управление системой, а также уменьшает размер усовершенствованной конструкции мембранного сепаратора.

Основной управляющий клапан 62 способен выполнять все функции в современном мембранном сепараторе при давлениях от давления, возникающего при произвольном течении, до давления в 1500 psi и при потоке от 15 американских галлонов в минуту до 3000 американских галлонов в минуту. Основной управляющий клапан 62 далее избавляет от необходимости ухода и обслуживания, которые потребовались бы при работе с обычными автоматическими клапанами. Использование основного управляющего клапана 62 вместо обычных автоматических клапанов также значительно сокращает потребности в трубопроводах. Каждый крупный компонент системы и устройства в данной улучшенной конструкции мембранного сепаратора подсоединяется к специальному отверстию основного управляющего клапана 62, делая излишними дополнительные трубопроводы и подсоединения к клапанным выходам. Расходы на изготовление основного управляющего клапана 62 компенсируются экономией на трубопроводах и стоимости изготовления. Основной управляющий клапан 62 требует только одного приводного двигателя и позиционирующих переключателей для каждого рабочего положения. Это значительно сокращает расходы на управление, упрощает систему, обеспечивая также значительную экономию по сравнению с требованиями, предъявляемыми обычными автоматическими клапанами и индикаторами положения. Основной управляющий клапан 62 также упрощает установку, пуск, обслуживание и поиск неисправностей в усовершенствованном устройстве 10 для очистки воды.

Обеспечение нужного положения и ориентации обычных автоматических клапанов занимает значительное время и требует значительных усилий во время пуска на начальном этапе работы. Сложное расположение наборов вложенных клапанов затрудняет также обучение персонала. Поиск неисправностей, связанный с выходом из строя исполнительных элементов автоматических клапанов и выход из строя уплотнений, является трудоемким и занимает много времени. Трудоемко также обслуживание многочисленных исполнительных элементов и уплотнений. Основной управляющий клапан 62 требует только одного исполнительного элемента, и оператор всегда легко может определить неполадки с установкой в нужное положение и понять положения и функции клапана, что значительно сокращает время, требуемое для обучения оператора. При необходимости обслуживания уплотнения клапана поршень можно вынуть из корпуса клапана и все уплотнения, требующие обслуживания, что значительно сокращает расходы на обслуживание.

Последующий клапан 62 также является клапаном типа ес. Последующий клапан 62 может работать при рабочих давлениях от давления, возникающего при произвольном течении, до давления в 1500 psi и при потоке от 15 американских галлонов в минуту до 3000 американских галлонов в минуту. Последующие клапаны 64 могут быть изготовлены для любого разумного количества мембранных сепараторов 106. Соединив трубопроводами кожухи мембранных сепараторов 100, можно использовать последующий клапан 64 для работы со столькими кожухами 100 мембранных сепараторов, со сколькими позволит величина силы потока.

Последующий клапан 64 заменяет не менее чем 10 обычных автоматических клапанов с единым каналом, которые потребовались бы для промывки и работы улучшенной системы мембранного сепаратора, имеющей четыре (4) последовательных мембранных сепаратора 106, при этом стоит он незначительную часть стоимости обычных автоматических клапанов. Кроме того, последующий клапан 64 исключает необходимость обслуживания и ухода, которые потребовались бы в случае обычных автоматических клапанов. Использование последующих клапана 64 вместо обычных автоматических клапанов значительно уменьшает также необходимость в дополнительных трубопроводах. Каждое отверстие в кожухе мембранного сепаратора в усовершенствованной конструкции мембранного сепаратора соединяется со специальным отверстием, расположенным на последующем клапане 64, исключая необходимость в разветвленных трубопроводах и патрубках к гнездам клапанов. Расходы на изготовление последующих клапанов 64 компенсируются экономией на трубопроводах и изготовлении клапанов.

Последующий клапан 64 требует только одного приводного мотора и позиционирующих переключателей для каждого рабочего положения. Это значительно сокращает расходы на управление системой и упрощает ее, что опять сокращает расходы по сравнению с потребностями управления обычных автоматических клапанов и индикаторов положения.

Последующий клапан 64 также упрощает установку, пуск, обслуживание и поиск неисправностей в устройстве улучшенного мембранного сепаратора.

Правильная установка и ориентация заглубленных обычных клапанов является трудоемкой и требует значительного времени во время пуска при начальном периоде эксплуатации. Усложненное расположение комплектов заглубленных клапанов делает трудоемким обучение оператора. Проблемы, связанные с поиском неисправностей исполнительного механизма автоматического клапана и уплотнений, могут занять очень много времени и связаны с большими трудозатратами. Обслуживание большого количества исполнительных элементов клапанов и уплотнений также может быть очень трудоемким.

Последующий клапан 64 требует только одного исполнительного механизма, и оператор может легко найти неисправность позиционирования и понять положения и функции клапана, что значительно сокращает время, требуемое для обучения оператора. При необходимости проведения обслуживания поршень можно вынуть из корпуса клапана и одновременно заменить все уплотнения, требующие обслуживания, что сокращает расходы на обслуживание и трудоемкость.

Улучшенные кожухи 100 мембранного сепаратора могут быть изготовлены с меньшими расходами, по сравнению с кожухами обычного мембранного сепаратора.

Стоимость изготовления кожухов 46 и 212 насосов также невысока, по сравнению со стоимостью кожухов обычных погружных насосов/моторов.

Экономия на эксплуатационных расходах и на устройствах, требуемых для предварительной очистки, которые иначе потребовались бы, более чем компенсирует расходы в связи с включением в схему сепарационных резервуаров, накопителей чистой воды, рециркуляционных насосов и насоса 25 обратного потока.

Устройство 10 для очистки воды работает без постоянного слива отработанной воды. Постоянный слив отработанной воды от мембранного сепаратора, работающего по обычной схеме, является наиболее уязвимым местом с точки зрения неоправданного расхода воды. В общем случае, более 50% объема имеющейся сырой подаваемой воды на входе выбрасывается в виде концентрированного канализационного потока.

На фиг. 30, 31 и 32 показано улучшенное уплотнение 310 высокого давления, предназначенное для изоляции вокруг электрических проводов, дающих энергию погружным электрическим насосам. Уплотнения 310 высокого давления установлены вокруг проводов в месте, где провода входят в кожух насоса. Электрическая энергия подается насосу через проем 314, выполненный в стенке 316 кожуха насоса, одним или несколькими проводами 318. Уплотнение 310 высокого давления закрывает проем 314 в стенке кожуха и обеспечивает уплотнение вокруг каждого провода 318.

Уплотнение 310 высокого давления содержит фитинг 320 для захода в проем 314, выполненный в кожухе, при этом вставка 322 имеет четыре сверления 324, идущих через вставку 322, через которую проводится провод 318, а также средство 326 для усиления уплотнения, имеющее два выступа, расположенные внутри и по кольцу каждого сверления 324. Фитинг 320 вставляется в проем 314, выполненный в стенке 316, и закрывает проем 314. Фитинг 320 имеет первый конец 328, расположенный снаружи по отношению к стенке 316 кожуха, и второй конец 330, выполненный напротив первого конца 328 и расположенный у проема 314 в кожухе. Корпус фитинга 320 состоит из двух частей, первая часть 332 и вторая часть 334, он обычно изготавливается из алюминия, стали, бронзы или иного подходящего материала.

Первая часть 332 корпуса фитинга является полой и имеет в основном цилиндрическую форму. Первая часть 332 проходит между первым концом 340, который приспособлен к тому, чтобы входить в зацепление со второй частью 334, и вторым концом, который образован вторым концом 330 фитинга 320. Канал 336 образует полость и проходит в продольном направлении через первую часть 332 от первого конца 340 к второму концу 330. Проем 338 находится на одном уровне с каналом 336 и расположен у первого проема 340, а проем 342 также находится на одном уровне с каналом 336, расположенным у второго конца 330. Вставка 322 входит в канал 336 первой части 332 через проем 338, выполненный у первого конца 340.

Канал 336 определяется внутренней стенкой 344 и включает сужающуюся часть 348, смежную с первым концом 340 первой части 332. Суженная часть 348 сужается в направлении от первого конца 340 ко второму концу 330 и сужается от первого внутреннего диаметра у первого конца 340 вовнутрь к продольной центральной линии 346, идущей через канал 336. Сужающаяся часть 348 имеет первый наклон от первого конца 340 до точки перехода 352. От точки перехода 352 канал 336 сужается более резко вовнутрь по второму наклону к концу 354 сужающейся части 348. Конец 354 сужающейся части 348 расположен на некотором расстоянии от второго конца 330 первой части 332. У конца 354 сужающейся части 348 канал 336 имеет второй внутренний диаметр, который меньше, чем первый внутренний диаметр. Канал 336 затем идет через первую часть ко второму концу 330 с диаметром, равным второму внутреннему диаметру. Первая часть 332 фитинга 320 содержит также внешнюю резьбу 357, расположенную смежно по отношению ко второму концу 330, для взаимодействия с внутренней резьбой 359, выполненной в проеме 314. Это обеспечивает надежное соединение между фитингом 320 и стенкой кожуха 314. Первая часть 332 фитинга 320 содержит также внешнюю часть 361, шестигранную в поперечном сечении и предназначенную для взаимодействия с гаечным ключом или другим поворотным средством, чтобы первая часть 332 фитинга 320 вращательно зацеплялась бы и уплотнялась бы во внутренней резьбе 359, выполненной в проеме 314.

Как это показано на фиг. 31 - 33, вставка 322 содержит пробкообразный элемент, изготовленный из деформируемого упругого материала. Вставка 322 имеет в основном круглую форму поперечного сечения и имеет первый конец 358 и второй конец 360. Вставка 322 имеет соответствующий размер и предназначен для зацепления в канале 336 первой части 332 таким образом, что первый конец 358 вставки 322 находится смежно с первым концом 340 первой части 332.

Вставка 322 имеет внешнюю стенку 362, которая включает сужающуюся часть 364, идущую вдоль вставки 322 в направлении от первого конца 358 вставки 322 ко второму концу 360 вставки 322. Сужающаяся часть 64 проходит от первого внешнего диаметра от начальной точки 370, находящейся на расстоянии от первого конца 358 вставки 322 ко второму внешнему диаметру в конечной точке 372, находящейся на некотором расстоянии от второго конца вставки 322. Первый внешний диаметр вставки 322 больше, чем первый внутренний диаметр канала 336 первой части 332 вставки 320, и второй внешний диаметр вставки 322 больше, чем второй внутренний диаметр канала 336, а сужающаяся часть 364 вставки 322 наклонена под в основном таким же углом, что и первый угол наклона сужающейся части 348 канала 336, таким образом, что когда вставка 322 установлена на место внутри первой части 332, она вжимается вовнутрь внутренними стенками 344 канала 336.

Четыре сверления 324 идут продольно через вставку 322 от первого конца 358 ко второму концу 360. Каждое из четырех сверлений 324 имеет окружающую поверхность 36, внутреннюю по отношению к вставке 322, которая и определяет сверление 324. Продольная центральная линия 366 проходит продольно через каждое сверление 324. Каждое из сверлений 324 приспособлено для размещения провода 318.

Сужение 348 первой части 332 фитинга 320 и внешняя стенка 362 вставки 322 имеют такой размер и размещены таким образом, что при размещении вставки 322 на своем месте внутри канала 336 первой части 332 и вдоль сужения 348 в направлении второго конца 330 внешняя стенка 344 сжимает вставку 322 вовнутрь и по направлению к продольной линии 346 канала 336. Таким образом окружающая поверхность 368 каждого сверления 324 вжимается в каждый провод 318, сжимая уплотнение 322 вокруг каждого провода 318. Средство 326 для усиления уплотнения расположено внутри каждого сверления 324 и содержит выступ из деформируемого упругого материала, расположенного по кольцу вокруг сверления 324. Каждый выступ 326 идет радиально вовнутрь сверления 324 от окружающей поверхности 368 по направлению к продольной центральной линии 366 сверления 324. Каждый приподнятый выступ 326 входит в контакт с проводом 318, расположенным внутри сверления 324, улучшая уплотнение вокруг провода 318.

Два приподнятых выступа 326 расположены в и разнесены продольно вдоль каждого сверления 324 через вставку 322. Приподнятые выступы 326 находятся внутри каждого сверления 324 между начальной точкой 370 и конечной точкой 372 внешней сужающейся части 364 внешней стенки 362 вставки 322. Приподнятые выступы 326 в каждом из сверлений 324 расположены радиально по отношению к соответствующим приподнятым выступам 326 в каждом из других сверлений 324.

Вставка 322 содержит также два приподнятых выступа 374, расположенных кольцеобразно вокруг внешней стенки 362 вставки 322 и выступающих радиально во внешнюю сторону из внешней стенки 362. Каждый внешний выступ 374 находится в контакте с внутренней стенкой 344 первой части 332 фитинга 320 и расположен радиально по отношению к одному из приподнятых выступов 326 в каждом из сверлений 324. Внешние выступы 374 помогают сжать вставку 322 в положении на уровне с приподнятыми выступами 326 в сверлениях 324, чтобы еще больше вжать приподнятые выступы 326 вовнутрь, улучшая таким образом уплотнение вокруг проводов 318.

Вторая часть 334 корпуса вставки является полой и в основном цилиндрической по форме и имеет первый конец 328 и второй конец 382. Первый конец второй части 334 имеет вставку 320 у первого конца 328. Второй конец 382 находится противоположно первому концу 328 и выполнен так, чтобы входить в контакт с первой частью вставки 320. Канал 376 идет продольно через вторую часть 334 от первого конца 328 ко второму концу 382. Вторая часть 334 имеет проем 378, на уровне канала 376 у первого конца 328, и проем 380 на уровне канала 376 у второго конца 382. Канал 376 определяется внутренней стенкой 384 и имеет внутренний диаметр такого размера, чтобы зацепляться вокруг внешнего диаметра первого конца 340 первой части 332. Продольная центральная линия 386 идет через канал 376.

Второй конец 382 второй части 334 содержит винтовую резьбу у второго конца 382, чтобы обеспечить съемно-разъемное соединение второй части 334 с первым концом 340 первой части 332. Винтовая резьба содержит внешнюю резьбу 88, выполненную на первом конце 340 первой части 332, и внутреннюю резьбу 90, выполненную в канале 376 второй части 334. Нитки резьбы позволяют надвинуть вторую часть 334 на первую часть 332 в сторону второго конца 330 первой части 332 при размещении вставки 322 в канале 336.

Вторая часть 334 фитинга 320 также содержит внешнюю часть 392, которая имеет шестигранную форму в поперечном сечении и приспособлена для взаимодействия с гаечным ключом или другими поворотными средствами, так чтобы вторая часть 334 фитинга 320 смогла вращаться, зацепляясь с и затягиваясь на внешней резьбе 88 первой части 332.

Уплотнительная плита 394 расположена внутри канала 376 во второй части 334 и она удерживается кольцевым выступом 396 у первого конца 328 второй части 334. Проем 398 проходит через уплотнительную плиту 394. Проем 398 находится на одном уровне с проемом 378, выполненном в первом конце 328 второй части 334, таким образом, чтобы провода 318 проходили через вторую часть 334. Уплотнительная плита 394 удерживается во второй части 332 кольцевыми выступами 396 так, что когда вторая часть 332 навинчивается на первую часть 332, то уплотнительная плита 394 входит в зацепление с первым концом 358 первой вставки 322, передвигая скользящим движением вставку 322 вдоль оси вовнутрь сужающейся части 348, сжимая вставку 322. Вставка 322 сжимается вовнутрь по направлению к продольной линии 346 первой части 322 внешней стенкой 344 по мере того, как она проталкивается вдоль сужающейся части 348, закрывая каждое сверление 324 вокруг соответствующего провода 318 и вжимая приподнятый выступ в провод 318, обеспечивая уплотнение вокруг провода 318.

В другом варианте вставка 322 может включать любое необходимое количество внутренних и внешних выступов 326 и 374.

На фиг. 34 - 38 изображен еще один вариант уплотнения высокого давления, который содержит фитинг 120 для размещения в проеме 314 стенки 316 кожуха. Корпус вставки 420 состоит из двух частей, он имеет первую часть 432 и вторую часть 434 и обычно изготавливается из алюминия, стали, бронзы или другого металла.

Фитинг 420 имеет первый конец 428, расположенный с внешней стороны стенки 316 кожуха, и второй конец 430, расположенный у проема 314 в кожухе. Четыре сверления 422 идут через фитинг 420 от первого конца 428 ко второму концу 430. Каждое сверление 422 имеет диаметр, выбранный таким образом, чтобы обеспечить тугое скольжение провода 318, который необходимо расположить в сверлении 422.

Первая часть 432 корпуса фитинга имеет в основном цилиндрическую форму, является сплошной и твердой, не имеет канала 336, имеющегося в варианте, описанном выше. Первая часть 432 имеет первый конец 440 и второй конец 430. Четыре сверления 422 идут через первую часть 432 от первого конца 440 ко второму концу 430. Первая часть 432 содержит внешнюю часть 461, которая имеет шестигранную форму в поперечном сечении и приспособлена для взаимодействия с гаечным ключом или другим поворотным средством, так чтобы обеспечить вращательное зацепление и затягивание первой части 432 фитинга 420 на внешней резьбе 450 проема 314.

Каждая кольцевая канавка 424 выполнена у первого конца 440 первой части 432 и имеет первый внутренний диаметр у первого конца 440, больший, чем диаметр сверления 422. Каждая канавка 424 сужается вовнутрь в направлении от первого конца 440 по направлению ко второму концу 430 первой части 432, до второго внутреннего диаметра, находящегося на расстоянии от первого конца 440, равного диаметру сверления 422.

Каждая кольцеобразная вставка 426 выполнена из деформируемого упругого материала и имеет внешний диаметр, немного больший, чем первый внутренний диаметр канавки 424. В качестве вставки может быть использовано кольцо О-образной формы, хотя могут быть использованы и другие подходящие вставки. Каждая вставка 426 имеет соответствующий размер для размещения в соответствующей кольцевой канавке 424, так что она выходит радиально в сверление 422, образуя выступ внутри и по кольцу каждого сверления 422. Вставка контактирует с проводом 318 и обеспечивает уплотнение вокруг провода 318. Вставка 426 размещена в канавке 424 таким образом, что она лежит частично внутри канавки 424, выступая из канавки в направлении от первого конца 440 первой части 432 и ко второму концу второй части 434. Вторая часть 434 фитинга 420 содержит первый конец 428 и второй конец 444. Второй конец 444 находится смежно с первым концом 440 первой части 432. Каждое из сверлений 422 идет через вторую часть 442 от первого конца 428 второй части 442 ко второму концу 444 второй части 434.

Первый конец 428 второй части 444 содержит цилиндрический соединительный элемент 456. Цилиндрический соединительный элемент 456 представляет собой стенку, выполненную на первом конце 428 вокруг сверлений 422 таким образом, что стенка закрывает сверления 422 по радиусу. Внешняя резьба 458 выполнена на соединительном элементе 456 для взаимодействия с внутренней резьбой, выполненной на электрической изоляционной трубке (не показана), окружая и закрывая провода 318. Вторая часть 434 содержит внешнюю часть 460, которая имеет форму шестигранника в поперечном сечении и расположена у второго конца 444 на уровне с шестигранной частью 461 на первом элементе 432. Шестигранные части 460 и 461 имеют поверхность для зацепления с поворотным средством.

Второй конец 444 второй части 434 включает контактную площадку 448 для зацепления с частью каждой вставки 426, выступающей из канавки 424 для вдавливания вставки 426 в канавку 424. Контактная поверхность 448 вдавливает вставку 426 и сжимает вставку 426.

Фитинг 420 содержит съемно-разъемное средство для подсоединения второго конца 448 второй части 444 к первому концу первой части 432 и для перемещения второй части 434 по направлению ко второму концу 430 первой части 432 до обеспечения контакта с первой частью 432. При перемещении второй части 434 до момента контакта с первой частью 432 обеспечивается контакт контактной поверхности 448 со вставкой 422, при этом вставка 422 вдавливается в канавку, вынуждая вставку 422 деформироваться вовнутрь по направлению к продольной центральной линии сверления. Это движение сильно обжимает вставку 426 вокруг каждого провода 138, обеспечивая таким образом уплотнение вокруг каждого провода 318.

Съемно-разъемное средство соединения содержит четыре нарезных сверления 462, выполненные в первом конце 440 первой части 432, и четыре сверления 464, идущие через вторую часть 434 и находящихся на уровне с нарезными сверлениями 462 в первой части 432. Четыре нарезных крепежных элемента 466 имеются в каждом из нарезных сверлений 462 и они расположены так, что они идут через вторую часть 434 и взаимодействуют с первой частью 432 внутри нее. При поворачивании резьбовых крепежных элементов 466 в первом направлении вторая часть 434 перемещается по направлению к первой части 432, при этом сжимаются вставки 422, улучшая уплотнение вокруг проводов 138. При поворачивании резьбовых крепежных элементов 466 во втором направлении вторая часть 434 перемещается от первой части 432, при этом разжимаются вставки 422, уменьшая уплотнение вокруг проводов 318. Резьбовые крепежные элементы 466 также помогают выровнять вторую часть 434 на первой части 432 в желаемом направлении.

В другом варианте воплощения настоящего изобретения съемно-разъемное соединительное средство содержит единое расточенное отверстие с резьбой. Фитинг может также содержать одно или более средств выравнивания. Каждое средство выравнивания содержит сверление, идущее насквозь через вторую часть до первого конца первой части. Элемент выравнивания приспособлен к зацеплению внутри сверления и может проходить через вторую часть, соединяясь с первой частью. Элемент или элементы выравнивания помогают выставить вторую часть в нужном направлении на первой части.

В еще одном варианте уплотнение высокого давления может иметь любое необходимое количество сверлений 324 или 422 для размещения в них соответствующего количества проводов 318.

В еще одном варианте уплотнение высокого давления может содержать любое необходимое количество резьбовых крепежных элементов или элементов выравнивания.

Усовершенствованное уплотнение высокого давления может быть использовано в любом другом случае, где электрическое устройство используется в аналогичных условиях.

Устройства для очистки воды меньшего размера, в частности бытовые устройства или другие устройства, работающие в облегченном режиме, должны быть компактными, моноблочными и обеспечивать легкий доступ ко всем деталям системы. Целесообразно также иметь конструкцию для размещения всех компонентов в эстетическом корпусе, приятном на вид. Этого обычно очень не хватает существующим устройствам для очистки воды малого и среднего размера.

Еще один вариант устройства 500 для очистки воды, пригодный для использования в быту и в других обстоятельствах с легким режимом работы, показан на фиг. 39 - 46. Устройство 500 для очистки воды содержит основной потребительский резервуар 510 для хранения воды, который имеет основную конструкцию устройства и содержит воду для подачи в систему потребления, схематически обозначенную позицией 511. В устройстве также предусмотрено соединение для подачи воды на вход устройства, обозначенное позицией 512, которое подсоединяется к соответствующему источнику для подачи воды для последующей обработки.

Устройство, кроме этого, содержит насос 513 для поднятия давления в системе до требуемого уровня и для поднятия давления в линии, ведущей к системе потребления 511. Вода поступает к клапану 514 от насоса, и этот клапан регулирует поступление этой воды к и от реактора 515, который очищает воду. Клапан 514 активируется исполнительным элементом 516, управляемым электрической цепью 517, предназначенной для обеспечения функций, описанных ниже. Клапан включает линию 518 слива, предназначенную для слива промывочной воды и смытых материалов в канализацию, и второй трубопровод 519, предназначенный для слива отработанной воды.

Реактор 515 обработки может быть реактором типа обратного осмоса, в который вода поступает на вход и отделяет воду для потребления и слива через сливное отверстие в резервуар, обозначенный позицией 520. Вода для потребления идет отдельно от отработанной воды, несущей увеличенную долю загрязнителей, при этом отработанная вода не направляется через второе отверстие реактора для возвращения к клапану 514.

Таким образом, реактор 515 содержит первое отверстие 521, второе отверстие 522 вместе с третьим отверстием 520, откуда сливается вода, предназначенная для последующего потребления, в резервуар. Реактор для обработки воды выполнен таким образом, что вода может проходить в прямом направлении, при котором она подается в отверстие 521, а отработанная вода сливается через отверстие 522. Реактор для обработки воды может также работать в обратном направлении, при котором вода подается в отверстие 522, а отработанная вода сливается через отверстие 521.

Реактор для обработки воды также требует периодической промывки для удаления загрязнителей, собирающихся внутри реактора, и эта операция промывки выполняется, как указано ниже, в обоих направлениях потока, так что загрязнители могут быть вначале удалены через отверстие 521, а затем, изменив направление потока, их можно удалить через отверстие 522 или наоборот.

Отработанная вода, сливаемая из реактора очистки во время нормальной работы устройства, сливается по линии 519 и она может быть повторно использована, например, путем возврата ее в колодец, или она может быть использована как техническая вода для мойки и аналогичных целей. Промывочная вода, сливаемая из ректора очистки во время циклов промывки, сливается из линии 518 через клапан, и эта промывочная вода обычно сливается в канализацию, поскольку она слишком загрязнена для дальнейшего использования.

Как это показано на фиг. 39 и 40, резервуар 510 содержит в основном цилиндрическую стенку 525 резервуара с центральной вертикальной осью 527. Резервуар закрыт снизу горизонтальным дном 526, а сверху - горизонтальным дном 528. Таким образом резервуар имеет в основном цилиндрическую форму и в поперечном разрезе представляет собой круг, как это показано на фиг. 41.

Стенка 525 резервуара изменена путем добавления углубления, обозначенного позицией 529. Углубление, показанное на фиг. 41, в своем поперечном сечении включает две повернутые секции 530 и 531, лежащие на двух отдельных хордах круга. Каждая из повернутых секций соединяется с соответствующей одной из двух частично цилиндрических частей 532 и 533, которые идут по дуге в 180^o. Радиус кривизны, а следовательно, диаметр частично цилиндрических частей 523, больший, чем у частично цилиндрической части 532. Части 532 и 533 соединены вертикальной полосой 534, лежащей на этой же хорде, что и повернутая часть 531.

Углубленные части 532 и 533 проходят в основном вдоль всей длины резервуара от верхней стенки 528 до стенки 526 дна. В каждую из углубленных секций входит соответствующая секция насоса 513 и реактора очистки, которые помещаются в соответствующие углубления нижней частью соответствующего элемента, сидящего на нижней части углубления на или смежно с плитой 526 дна. Верхний конец насоса обозначен позицией 513A, а верхний конец реактора обозначен позицией 515A. Углубления выполнены с длиной, большей, чем максимальный размер насоса и реактора, так чтобы там можно было разместить эти элементы различного размера. Насос 513 размещен внутри цилиндрического кожуха, имеющего внешнюю поверхность, совпадающую в основном с внутренней поверхностью части 533. Аналогично, реактор очистки установлен в цилиндрическом кожухе, также имеющем внешнюю поверхность, совпадающую с диаметром или радиусом углубления 532.

Углубления выполнены таким образом, что цилиндрический корпус насоса реактора полностью помещается в воображаемом цилиндре, ограниченном стенкой резервуара 525. Область 529 углубления закрыта крышкой 535, которая удалена на фигуре, обозначенной как фиг. 40. Крышке 535 придана такая форма, как будто она часть цилиндрического элемента, повторяя воображаемый цилиндр стенки резервуара 525, в результате чего, будучи установленными на место, крышка 525 и резервуар образуют вместе законченный цилиндр. Края крышки 535 заглублены, как это показано с помощью позиций 536 и 537, таким образом они лежат в плоскости повернутых частей 530 и 531 соответственно, и к которым заглубленные части 536 и 537 крепятся крепежными элементами 538. Пространство между центральной полосой 534 и крышкой 535 предусмотрено для размещения электрических соединений 540 и уплотнительных соединений 541. Насос и реактор удерживаются на месте парой зажимов 542 и 543, каждый из которых содержит центральную часть зажима 544 с шириной, равной центральной полосе 534, и два частично круглых элемента, предназначенных для охватывания частей насоса и реактора, выходящих вперед, как это показано с помощью позиций 545 и 546. Центральная полоса 534 является относительно узкой по сравнению с углублениями, так чтобы уменьшить до минимума протяженность углублений вовнутрь резервуара, и чтобы реактор и насос умещались под крышкой 535.

Центральная полоса 534 обеспечивает также возможность крепления элементов 547, 548, 549 и 550 для определения уровня, которые определяют различные уровни воды в резервуаре для контроля работы электрической цепи 517, как кратко описано здесь и ниже.

Выше верхней крышки 528 имеется отделение, являющееся полым цилиндром, закрытым круглой крышкой 552, с соответствующим фланцем 553. В этой цилиндрической области размещаются клапан 514, исполнительный элемент 516 и цепь управления 517. Выполнение резервуара с углублениями, как это было описано выше, обеспечивает, таким образом, возможность сборки устройства, привлекательного на вид и позволяет разместить все элементы на одной конструкции таким образом, что они расположены правильно и безопасно, без расположения отдельных элементов в разных местах.

На фиг. 42 показана конструкция клапана 514. Клапан 514 является клапаном типа ес, который аналогичен описанному выше клапану, такой клапан 514 содержит корпус 560, являющийся в основном цилиндрическим по внешней поверхности 561 с торцами стенками 562 и 563. Вдоль центральной оси корпуса клапана имеется сверление 564 для клапана, являющееся цилиндрическим само по себе и которое взаимодействует с цилиндрической внешней поверхностью 565 скользящего клапанного элемента 566. Клапанный элемент 566 соединен с исполнительным элементом 516, который является линейным элементом, обеспечивая осевое движение клапанного элемента 566 вдоль центральной оси 567 корпуса клапана. Клапанный элемент зафиксирован, что предотвращает угловое вращение и за счет чего он перемещается по оси ступенчато в разные положения, описанные ниже. Линейный исполнительный элемент содержит исполнительный рычаг 568, соединенный со свободным концом элемента 566 клапана вертикальной шпилькой 569.

Корпус клапана 560 содержит ряд отверстий, предназначенных для соединения с различными вышеописанными элементами. Таким образом, корпус клапана включает отверстие 1 для подсоединения входа воды от насоса 513. Корпус клапана содержит отверстие 2 для подсоединения к линии 519 слива отработанной воды. Корпус клапана включает отверстие 3 для подсоединения к линии 518 слива промывочной воды. Корпус клапана включает отверстие 4 для подсоединения к одной стороне реактора 515 к отверстию 21 реактора. Корпус клапана включает отверстие 5 для подсоединения к другой стороне реактора, к отверстию 22 реактора.

Каждое из отверстий содержит соответствующий канал, идущий от отверстия радиально вовнутрь корпуса клапана к соответствующему проему у отверстия 564. Таким образом, отверстие 1 включает канал 501А, сообщающийся с проемом 501B в сверлении 564. Отверстие 2 включает сверление 502A, которое проходит до проема 502B. Кроме этого, отверстие 502 соединяется через второе сверление 502C, параллельное оси 567, со вторым радиальным сверлением 502D, идущим ко второму проему 502E у сверления 564. Таким образом, проемы 502B и 502E расположены соосно и они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга на каждой стороне проема 501B.

Отверстие 3 также разделено на два отдельных сверления 503B и 503C осевой частью 503D сверления. Сверление 503B соединяется с проемом 503E, а сверление 503E соединяется с проемом 503A. Проемы 503E и 503F также расположены соосно, но они расположены за проемом 502E, так чтобы быть отделенными от него. Проемы 502B, 501B, 502E, 503E и 503F все находятся на общей линии сверления 564.

Отверстие 5 содержит сверление 505A, идущее радиально и вовнутрь к проему 505B. Аналогично, отверстие 4 содержит сверление 504A, идущее радиально и вовнутрь к проему 504B сверления 564. Проемы 505B и 504B расположены по линии сверления, расположенного с поворотом на 180^o вокруг сверления относительно оси 567. Проемы 505B и 504B выполнены таким образом, что они расположены на некотором расстоянии по оси от проемов 502B, 501B и 502E. Таким образом, проем 505B находится напротив нижней части 654A сверления, а проем 504B находится напротив нижней части 564B сверления. Все проемы 502B, 501B, 503E и 350F находятся напротив нижних частей сверления.

Клапанный элемент 566 имеет преимущественно цилиндрическую внешнюю поверхность 565, которая скользит с натягом в сверлении 564, в результате чего жидкость не проходит по поверхности вдоль клапанного элемента. Однако клапанный элемент содержит три кольцевых углубления 566A, 566B и 566C. Они расположены по оси вдоль длины клапанного элемента и приспособлены для взаимодействия с различными проемами для обеспечения сообщения, как это будет пояснено ниже.

Клапанный элемент содержит осевой канал 570, проходящий вдоль части длины клапанного элемента. Канал 570 сообщается с проемами 571 и 572, расположенными на одной из сторон клапанного элемента для взаимодействия с проемами 505B и 504B. Канал далее включает проем 753, находящийся на стороне элемента клапана для взаимодействия с проемами 503E и 503F.

Проемы 571 и 572 расположены на противоположных сторонах кольцевого канала 566C.

Клапанный элемент ступенчато перемещается через пять различных положений, показанных на фиг. 42 - 46. Положение, показанное на фиг. 42, является центральным положением с положениями, показанными на фиг. 43 и 44 с одной стороны, и с позициями, показанными на фиг. 45 и 46 с противоположной стороны.

Положение на фиг. 42 - это закрытое положение. В этом положении углубление 566B клапанного элемента находится на одном уровне с проемом 501B, но оно также находится на одной линии с нижней частью противоположной стороны сверления 564, так что углубление 566B закрыто от поступления входящей воды в любой из проемов. Аналогично, проем 502B сверления 2 сообщается с углублением 566A, находящимся на одной линии с нижней частью на противоположной стороне сверления, так что сверление 2 закрыто для сообщения со всеми остальными проемами. Далее, проемы 503E и 503F находятся на одной линии с нижними частями клапанного элемента 564, так что отверстие 3 закрыто для сообщения со всеми другими проемами. Таким образом, входящая вода отключена от потока, проходящего через клапан, и от выходного отверстия 518 для осуществления промывки, а выход промывки 519 закрыт клапаном от возможного обратного потока.

В положении номер 1, показанном на фиг. 43, клапан перемещен на одну ступень вправо. Это передвигает углубление 566B таким образом, что оно становится на одной линии как с проемом 501B, так и с проемом 504B, обеспечивая таким образом сообщение входящей воды от отверстия 1 к отверстию 4. Таким образом, входящая вода направляется к отверстию 21 реактора, так что отработанная вода сливается из отверстия 22 реактора. Отработанная вода 522 подается в отверстие 5, сообщаясь с проемом 505B. Проем 505B частично совпадает с проемом 571, направляя отработанную воду от отверстия 5B в канал 570. Проем 573 канала частично совпадает с проемом 503F отверстия 503, обеспечивая таким образом проход промывочной воды от отверстия 5 к сливному отверстию 503 и линии 518.

Таким образом, перемещение от центрального закрытого положения в первое положение обеспечивает первую промывку, во время которой реактор промывается входящей водой из отверстия 1, которая содержит загрязнители, слитые из отверстия 3.

На фиг. 43 клапанный элемент 564 перемещается во второе положение направо от первого положения, показанного на фиг.42. В этом положении проем 571 перемещается дальше от проема 505B таким образом, что он совпадает с основанием на стороне проема 505B, не допуская сообщение по каналу 570. Углубление 566B остается частично совпадающим с проемом 501В и с проемом 504B, обеспечивая сообщение между отверстием 1 и отверстием 4. Проем 505B отверстия 505 совпадает с углублением 566A, которое также частично совпадает с проемом 52B отверстия 2. Таким образом, поток воды в этом направлении обеспечивает проход воды от входа в отверстие 1 к отверстию 4 и, следовательно, к отверстию 21 реактора, при этом отработанная вода после реактора сливается через отверстие 22 в отверстие 5 клапана и, следовательно, в отверстие 2 клапана для слива по трубопроводу 519.

Положение, показанное на фиг. 44, показывает первое положение в прямом направлении, при котором осуществляется цикл очистки и образуется отработанная вода и вода для дальнейшего потребления, выходящая из отверстия 520.

От первого положения в прямом направлении, показанного на фиг. 44, исполнительный элемент 516 перемещается на три ступени к положению, показанному на фиг. 45. В этом положении углубление 566B частично совпадает с проемом 501B отверстия 1 и частично совпадает с проемом 505B отверстия 5. Это заставляет входящую воду протекать в отверстие 5 и, таким образом, к отверстию 22 реактора. Выход воды из отверстия 21 реактора сообщается таким образом с отверстием 4 клапана. Проем 504B отверстия 4 частично совпадает с проемом 572 канала 570, направляя таким образом промывочную воду из реактора в канал 570. Проем 573 канала частично совпадает с проемом 503 отверстия 3, так что промывочная вода попадает в отверстие 3 и в сливной трубопровод 518.

Положение, показанное на фиг. 45, устанавливает второе положение промывки, которое является фактически обратным по отношению к первому положени промывки, показанному на фиг. 43.

На фиг. 46 показано положение номер 4 обратного потока, которое является фактически противоположным положению прямого потока номер 2 на фиг. 44. Таким образом, в этом положении, показанном на фиг.46, которое на один шаг дальше положения, показанного на фиг. 45, вода от входного отверстия 1 идет через проем 501B в углубление 566B и оттуда в проем 505B отверстия 5. Таким образом, входящая вода подается в отверстие 22 реактора. Возвратная вода из отверстия 21 реактора направляется в отверстие 4. Проем 504B отверстия 4 сообщается с углублением 566C клапанного элемента, который также частично совпадает с проемом 502E отверстия 2, направляя отработанную воду от отверстия 21 реактора к отверстию 2 и далее в трубопровод отработанной воды 19.

Необходимо отметить, что для перемещения клапана от первого положения или положения вперед, показанного на фиг. 44, в положение потока назад, показанное на фиг. 46, и наоборот, необходимо, чтобы клапан пересек положение промывки, показанное на фиг.43 и 45. Таким образом, каждый раз, когда направление работы реактора меняется, он проходит через положение первой промывки в одном направлении и положение второй промывки в противоположном направлении для удаления всех загрязнителей из реактора, перед тем как он попадет в положение потока в противоположном направлении.

Управляющая цепь 517, управляющая работой исполнительного элемента 516, не показана в деталях, поскольку элементы управления известны и очевидны специалисту в данной области техники.

Вообще, цепь управления работает вместе с выключателями 546 - 550 уровня резервуара, среди которых имеется выключатель высокого уровня, выключатель среднего высокого уровня, выключатель среднего низкого уровня и выключатель низкого уровня. Первые два выключателя управляют работой насоса. Насос включается, когда уровень воды проходит через второй выключатель и насос останавливается, когда уровень воды достигает первого выключателя. Резервуар предусмотрен того типа, который имеет камеру и отделение для газа (не показано), который поддерживает резервуар под давлением и позволяет регулировать уровень воды, сжимая газ в отделении для газа.

Центральное закрытое положение используется, в частности, в случаях неполадок, когда давление превышает рабочее или когда занижен уровень воды на входе. В этом случае основной насос останавливается и клапан перемещается в центральное положение, не допуская ненормальный поток воды. В то время как выше описан один вариант настоящего изобретения, понимается, что возможны другие варианты в рамках настоящего изобретения. Изобретение ограничивается только рамками прилагаемых притязаний, определенных в формуле изобретения. Ви

Реферат

Использование - химическая технология. Улучшенная система для очистки воды, предусматривающая использование способа очистки воды, вытекающей из источника воды, устройства, осуществляющего указанный способ, и отдельных элементов, осуществляющих очистку на отдельных этапах. В частности, способ характеризуется следующими этапами: извлечением из потока концентрированной загрязненной воды некоторых из загрязнителей; уменьшением давления в потоке с рабочего давления до пониженного давления, которое остается выше, чем входное давление в тот момент, когда вода проходит через сепарационный элемент и когда осуществляется операция извлечения загрязнителей; инициированием рециркуляционного насоса на повышение давления в потоке от уменьшенного давления до рабочего давления; и возвращение, по меньшей мере, части потока под рабочим давлением из рециркуляционного насоса в кожух через одно из указанных первое и второе отверстие, чтобы опять пропустить воду через элементы, при этом рециркуляционный насос перекачивает рециркуляционный поток со скоростью, более высокой, чем скорость потока на входе основного насоса. Технический результат - повышение выхода очищенной воды. 8 з.п. ф-лы, 46 ил., 3 табл.

Формула