Устройство для очистки и обеззараживания воды высоковольтными электрическими разрядами

 

Изобретение относится к устройствам подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод от токсичных примесей, активации и обеззараживания воды и может быть использовано в системах очистки и водоподготовки. Устройство содержит корпус, внутри которого в верхней части установлены высоковольтный электрод, выполненный в виде объемной решетки и заземленный электрод, выполненный как перегородка с перфорацией в виде полых цилиндров. Подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода, а патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, расположен в верхней части устройства. В устройстве ниже заземленного электрода расположен контактный аэратор, а полость, расположенная под контактным аэратором, соединена воздуховодом с верхней частью устройства, где установлен высоковольтный электрод. Внутри воздуховода установлен вентилятор, обеспечивающий циркуляцию озоновоздушной смеси. Патрубок, отводящий озоносодержащий газ, соединен с эжекторным насосом, в котором вода проходит повторное озонирование. Технический результат - повышение эффективности процесса очистки и обеззараживания воды, снижение удельных энергозатрат на процесс очистки и обеззараживания, повышение надежности конструкции установок для очистки и обеззараживания воды. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод от токсичных примесей, активации и обеззараживания воды и может быть использовано в системах очистки и водоподготовки.

Известно достаточно много устройств для очистки и обеззараживания воды с помощью использования высоковольтных электрических разрядов. Так в патенте США N 3336564 и патенте ГДР N 67370 очистка и обеззараживание воды осуществляется в специальных реакторах, в которых установлены высоковольтные и заземленные электроды. При приложении к электродам высокого напряжения происходит пробой воды между электродами и за счет воздействия ударной волны, светового излучения и термохимических реакций происходят очистка и обеззараживание воды.

В авторском свидетельстве СССР N 389030 используется устройство для очистки воды с помощью электрического разряда по газовой фазе, содержащей кислород, путем подачи кислородосодержащего газа в зону разряда через полые электроды.

В устройстве для очистки воды по а. с. СССР N 514548 очистку воды осуществляют с помощью высоковольтных разрядов по поверхности раздела воздух - жидкость.

Также известно устройство для обеззараживания воды электрическими разрядами а. с. N 1263643, в котором напряжение от генератора токовых высоковольтных импульсов прикладывается к электродной паре, происходит пробой межэлектродного промежутка, заполненного водой и озоном, который подается в межэлектродный промежуток через отверстия в отрицательном электроде. Озон в свою очередь образуется в воздушных зазорах воздушного разрядника. В результате в воде образуется озон, радикалы H, ОН, пузырьки водорода, кислорода, которые, воздействуя на воду, приводят к обеззараживанию воды.

Устройство для очистки и обеззараживания воды, патент RU 2095151, включает в себя камеру для обрабатываемой жидкости, высоковольтный источник питания, по крайней мере один высоковольтный и заземленный электроды, причем заземленный электрод расположен на дне разрядной камеры, а высоковольтный электрод выполнен с меньшей площадью, чем заземленный, и расположен на поверхности обрабатываемой воды. Очистка и обеззараживание воды осуществляются скользящими импульсными разрядами по поверхности воды, при приложении высоковольтного импульсного напряжения к электродной системе со скоростью нарастания напряжения ≥ 10¹² В/с и энергией импульса не менее 0,3 Дж/л обрабатываемой жидкости.

Все вышеприведенные известные устройства для очистки и обеззараживания воды характеризуются большей или меньшей эффективностью очистки воды, определенными удельными энергозатратами и степенью сложности конструкции и эксплуатации установок. Всем приведенным устройствам для очистки и обеззараживания воды присущи такие недостатки, как невысокая эффективность очистки и обеззараживания, высокие удельные энергозатраты, низкая надежность устройств.

Техническая задача в предлагаемом изобретении заключается в повышении эффективности очистки и обеззараживания воды, снижении удельных энергозатрат на процесс очистки и обеззараживания, повышении надежности конструкции установок для очистки и обеззараживания воды.

Для этого предлагается устройство, содержащее камеру для обрабатываемой жидкости, высоковольтный и заземленный электроды, при чем высоковольтный электрод выполнен в виде объемной решетки, а заземленный электрод выполнен как перегородка с перфорацией в виде полых цилиндров, ниже заземленного электрода расположен контактный аэратор, а полость, расположенная под контактным аэратором, соединена воздуховодом с верхней частью устройства, где установлен высоковольтный электрод, причем внутри воздуховода установлен вентилятор, патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, расположен в верхней части устройства, а патрубок, отводящий озоносодержащий газ, соединен с эжекторным насосом, патрубок, подводящий воду, расположен в зоне заземленного электрода, а патрубок, отводящий воду, расположен в нижней части устройства.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. Запускается эжекторный насос, и воздух из атмосферы засасывается внутрь устройства. Включается вентилятор, расположенный в воздуховоде. Исходная вода подается на очистку. При подаче высокого напряжения на высоковольтный электрод, электрические разряды возникают между высоковольтным электродом и поверхностью воды, которой покрыт заземленный электрод. В результате, в зоне воздействия электрических разрядов, из воздуха происходит образование озона, атомарного кислорода, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, а на поверхности воды и в ее объеме происходит образование радикалов OH^-, различных перекисей и закисей водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение, которое, воздействуя на слой воды, находящейся на заземленном электроде, приводит к ее обеззараживанию. Вода и озоно-воздушная смесь, проходя через перфорацию в заземленном электроде, попадают в контактный аэратор, где происходит интенсивное смешение озоно-воздушной смеси с водой. В результате происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. За счет работы вентилятора в зоне электрических разрядов создаются высокие скорости воздушных потоков, что способствует более полной генерации озона, а в контактном аэраторе за счет высоких скоростей озоно-воздушной смеси происходит более интенсивное перемешивание и взаимодействие воды с озоно-воздушной смесью. Далее обработанная вода попадает в промежуточную емкость, из которой с помощью центробежного насоса вода подается на эжекторный насос, который соединен с патрубком для отвода озоно-воздушной смеси. В эжекторном насосе происходит дополнительное смешение очищаемой воды с озоно-воздушной смесью, и вся эта смесь повторно поступает в промежуточную емкость. За счет работы эжекторного насоса, внутри корпуса устройства создается пониженное давление, за счет которого атмосферный воздух засасывается внутрь устройства. Отработанная озоно-воздушная смесь из промежуточной емкости направляется на деструктор остаточного озона или на первичное озонирование исходной воды. В промежуточной емкости происходит аэрация воды, происходит коагуляция окисленных веществ. Если в исходной воде находится железо, то в воде образуется гидроокись железа Fe(OH)₃, которая в результате образования и коагуляции является мощным сорбентом, в результате из воды дополнительно удаляются ионы тяжелых металлов, органические вещества, микробы. Так как процесс очистки в предлагаемом устройстве протекает за счет воздействия большого количества факторов и максимального использования озона, то эффективность устройства высока, а энергозатраты на процесс очистки и обеззараживания низкие.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на чертеж, на котором показан вид устройства для очистки и обеззараживания воды по настоящему изобретению.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для очистки и обеззараживания воды. На фиг. 2 показан: вид A - устройство заземленного электрода; B-B - сечение устройства на уровне высоковольтного электрода.

Как показано на фигуре, устройство для реализации настоящего изобретения включает в себя камеру для обрабатываемой жидкости 1, внутри которой установлен высоковольтный электрод 2, изолированный от корпуса с помощью проходного изолятора 3. Высоковольтный электрод 2 выполнен в виде объемной решетки, который закреплен на тоководе 4. Заземленный электрод выполнен как перегородка 5, с перфорацией в виде полых цилиндров 6. Заземленный электрод также является распределительным устройством для воды и озоно-воздушной смеси. В зоне заземленного электрода установлен подводящий очищаемую воду патрубок 7. Ниже заземленного электрода расположен контактный аэратор 8 (в качестве контактного аэратора может быть или аэрируемая хордовая насадка, или аэрируемая насадка из колец Рашига, или любой пористый нейтральный материал с пористостью > 80%). Отводящий обработанную электрическими разрядами воду патрубок 9 размещен в нижней части камеры 1 и с помощью трубопровода соединен с промежуточной емкостью. Ниже контактного аэратора 8 в камере 1 имеется воздушная полость 10, которая через патрубок 12 соединена с эжекторным насосом 13. Эжекторный насос 13 запитан водой, подаваемой из промежуточной емкости с помощью насоса 14. Подвод атмосферного воздуха в устройство осуществляется через патрубок 15. Воздуховод 11 соединяет полость 10, расположенную ниже контактного аэратора 8, с верхней частью устройства, где расположен высоковольтный электрод 2. Внутри воздуховода 11 установлен вентилятор 16.

Работает описанное устройство следующим образом. Исходная вода через патрубок 7 подается на очистку в устройство и попадает в зону заземленного электрода 5. Запускается насос 14, который подает воду на эжекторный насос 13, и воздух из атмосферы через патрубок 15 засасывается внутрь устройства. Включается вентилятор 16, расположенный в воздуховоде 11, и воздух начинает циркулировать по контуру: электродная система - перфорация заземленного электрода - контактный аэратор - воздуховод - электродная система. При подаче высокого напряжения на высоковольтный электрод 2 электрические разряды возникают между высоковольтным электродом 2 и поверхностью воды, которой покрыт заземленный электрод 5. В результате в зоне воздействия электрических разрядов из атмосферного воздуха происходит образование озона, атомарного кислорода, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, а на поверхности воды и в ее объеме происходит образование радикалов OH^-, различных перекисей и закисей водорода. В зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение, которое, воздействуя на слой воды, находящейся на заземленном электроде 5, приводит к ее обеззараживанию. Вода и озоно-воздушная смесь, проходя через перфорацию 6 в заземленном электроде 5, смешиваются и попадают в контактный аэратор 8, где происходит интенсивное смешение озоно-воздушной смеси с водой. В результате происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. За счет работы вентилятора 16 в зоне электрических разрядов создаются высокие скорости воздушных потоков. Это способствует более полной генерации озона за счет уноса продуктов разряда из зоны их образования, и происходит принудительное охлаждение высоковольтного электрода, а в контактном аэраторе 8 за счет наличия высоких скоростей озоно-воздушной смеси происходит более интенсивное смешение и растворение озона в воде. Далее, обработанная вода попадает в промежуточную емкость, из которой с помощью центробежного насоса 14 вода подается на эжекторный насос 13, который соединен с патрубком 12, служащим для отвода непрореагировавшей озоно-воздушной смеси. В эжекторном насосе 13 происходит дополнительное смешение очищаемой воды с озоно-воздушной смесью, и вся эта смесь поступает в промежуточную емкость. При работе эжекторного насоса 13, внутри корпуса устройства создается пониженное давление, за счет которого атмосферный воздух через патрубок 15 засасывается внутрь устройства. Отработанная озоно-воздушная смесь из промежуточной емкости направляется на деструктор остаточного озона или на первичное озонирование исходной воды. В промежуточной емкости происходит аэрация воды, происходят коагуляция окисленных веществ и очистка воды слоем взвешенного осадка. Если в исходной воде находится железо, то в воде образуется гидроокись железа Fe(OH)₃, которая в результате образования и коагуляции является мощным сорбентом, в результате из воды дополнительно удаляются ионы тяжелых металлов, органические вещества, микробы. Так как процесс очистки в предлагаемом устройстве протекает за счет воздействия большого количества факторов и максимального использования озона, то эффективность устройства высока, а энергозатраты на процесс очистки и обеззараживания низкие.

При испытании заявляемого устройства были получены следующие результаты: удельные энергозатраты на очистку и обеззараживание воды по ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" в заявляемом устройстве составили - 0,03 кВт·ч/м³.

Формула изобретения

Устройство для очистки и обеззараживания воды с помощью высоковольтных электрических разрядов, содержащее камеру для обрабатываемой жидкости, высоковольтный и заземленный электроды, отличающееся тем, что высоковольтный электрод выполнен в виде объемной решетки, а заземленный электрод - как перегородка с перфорацией в виде полых цилиндров, ниже заземленного электрода расположен контактный аэратор, а полость, расположенная под контактным аэратором, соединена воздуховодом с верхней частью устройства, где установлен высоковольтный электрод, причем внутри воздуховода установлен вентилятор, патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, расположен в верхней части устройства, а патрубок, отводящий озоносодержащий газ, соединен с эжекторным насосом, причем патрубок, подводящий воду, расположен в зоне заземленного электрода, а патрубок, отводящий воду, - в нижней части устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2