Установка безреагентной очистки и обеззараживания воды


 


Владельцы патента RU 2524601:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) (RU)

Изобретение относится к промышленной очистке и обеззараживанию воды и может быть использовано в области хозяйственно-бытового водоснабжения для удаления примесей из природных, преимущественно подземных, вод. Установка безреагентной очистки и обеззараживания воды содержит два гидроциклона 20, 21, бак-реактор 1 с аэрационной колонной 2, в верхней части которой размещены два эжектора 3, 4, камеры смешения которых направлены навстречу друг другу. Над камерами смешения расположен отражающий экран 5 куполообразной формы, над которым расположен фильтр-картридж 8. Бак-реактор 1 двумя вертикальными перфорированными перегородками 9, 10 разделен на два отсека. В первом отсеке 12 бака-реактора 1 содержится отстойник 15, связанный с дренажной системой. Второй отсек 13 бака-реактора 1 оборудован датчиками верхнего 17 и нижнего 18 уровня воды. Выход бака-реактора 1 связан с подающей линией обрабатываемой воды и трубопроводом подачи воды потребителю. Гидроциклоны 20, 21 соединены с подающей линией обрабатываемой воды и дренажной системой, а через сетчатые фильтры 22, 23 со входами приемных камер эжекторов 3, 4. Изобретение позволяет увеличить площадь контактирования воды и воздуха и обеспечить дополнительное диспергирование, кавитацию, турбулизацию, аэрацию и дегазацию обрабатываемой воды. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике промышленной очистки и обеззараживания воды, а более конкретно к области хозяйственно-бытового водоснабжения для удаления железа, марганца и других примесей из природной, преимущественно подземной, воды.

Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используются, например, фильтрование [1. Патент РФ на полезную модель №35730, МПК B01D 24/48, F16K 15/04, опубликовано 10.02.2004], озонирование [2. Патент RU N 2136602, МПК C02F 1/46, опубликовано 10.09.1999.] и [3. Патент РФ на изобретение №2228916, МПК C02F 9/04, опубликовано 20.05.2004], кавитацию [4. Авт.свидетельство СССР №1502481, МПК C02F 1/64, опубликовано 23.08.1989].

Известная автоматическая фильтровальная установка для очистки воды [1] содержит фильтр с фильтрующим материалом, систему трубопроводов для подвода и отвода воды, снабженных насосами, обратными клапанами и гидрозатворами, а также устройство для измерения давления, соединенное с фильтром и блоком управления процессом фильтрования. Однако данная установка не обеспечивает очистку воды от растворенных в ней примесей и обеззараживание исходной воды.

Известно также устройство для очистки и обеззараживания воды [2], которое содержит корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного озоносодержащего газа. Высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод - в виде цилиндра. Проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, а подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора. Патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, а заземленный электрод соединен с распределительной системой водо-, озоносодержащей смеси.

Процесс очистки и обеззараживания воды в [2] осуществляется за счет окисления примесей, находящихся в воде, озоном, атомарным кислородом, возбужденными молекулами кислорода и т.п., образующимися при электрических разрядах в кислородосодержащем газе и воде. Данное изобретение позволяет повысить эффективность очистки и обеззараживания воды, снизить удельные энергозатраты при повышении надежности конструкции установки. Недостатком устройства [2] является быстрый износ высоковольтного электрода, выполненного в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша. При работе устройства при электрических разрядах происходит частичное выгорание острий высоковольтного электрода, что значительно понижает эффективность его работы, так как при замене высоковольтного электрода требуется остановка работы устройства.

Известная из уровня техники установка для очистки воды озонированием по патенту на изобретение [3] содержит камеру окисления (озонирования) с патрубком подачи исходной воды и трубопроводом для отвода очищенной воды, к которому присоединен напорный фильтр, выполняющий заключительный этап очистки воды. Над камерой окисления установлен эжектор, который связан с генератором озона. Вода из камеры окисления с помощью насоса поступает в эжектор, а из эжектора - в камеру окисления. Эти устройства, соединенные трубопроводом, образуют циркуляционный контур. В камере окисления размещен кавитатор. Поступившая из эжектора насыщенная озоном и воздухом вода подвергается кавитации, что повышает эффективность очистки воды благодаря интенсификации окисления загрязнителей. В данном устройстве [3] высокая степень диспергирования воды и газа достигается за счет кавитатора, размещенного внутри камеры окисления. Для обеспечения высокой степени очистки водогазовая смесь должна многократно циркулировать через эжектор и кавитатор. При этом кавитатор выполнен в виде двух установленных друг над другом с зазором и жестко скрепленных между собой дисков одинакового диаметра. В верхнем диске выполнен центральный сквозной канал, жестко соединенный с трубопроводом, связывающим камеру окисления с эжектором. На обращенных друг к другу поверхностях дисков выполнены выступы, расположенные концентрично и сужающиеся к зазору. Это усложняет устройство и не обеспечивает эффективную очистку воды.

Из уровня техники известно устройство для очистки воды от железа [4]. Устройство состоит из корпуса, фильтрующей загрузки и кавитатора, выполненного в виде цилиндра, штока и вибратора. С помощью кавитатора создаются низкочастотные колебания, приводящие к возникновению кавитационных пузырьков. Пузырьки, схлопываясь, превращают двухвалентное железо в трехвалентное, которое осаждается на загрузке. Недостатками изобретения являются низкая эффективность аэрирования и ненадежность работы кавитатора, т.к. вибраторы часто выходят из строя из-за быстрого износа. Устройство [4] предназначено для создания кавитационного эффекта и фильтрования, обеспечивающих очистку воды. Совмещение этих двух функций в одном корпусе представляет интерес, но одновременно имеет следующие негативные последствия. Например, недостаточное количество кислорода и малое время его контактирования с загрязнителями, содержащимися в воде, а также отсутствие условий для создания мелких пузырьков водных паров и газа приводят к тому, что двухвалентное железо плохо переходит в трехвалентное, что снижает эффективность очистки воды.

Из уровня техники известно устройство безреагентной очистки воды - модуль интенсивной аэрации и дегазации (МИАД) [5. Патент РФ №2375311, МПК C02F 1/20, C02F 1/74, C02F 9/00, опубликован 10.12.2009, Бюллетень №34]. Это устройство является наиболее близким к заявляемому по технической сути и достигаемому результату и взято за прототип. Устройство [5] содержит гидроциклон, бак-реактор, в верхней части которого размещена эжекторная секция, с установленными в ней двумя эжекторами, содержащими соответствующие приемные камеры и камеры смешения. Каждая из приемных камер каждого из эжекторов содержит вход для подачи озоно-воздушной смеси и вход для соединения с гидроциклоном. Верхняя часть бака-реактора соединена с вытяжным вентилятором для удаления отработанных газов, а его днище выполнено наклонным в сторону его большей вертикальной стенки и имеет выход для отвода накапливающегося осадка в дренаж. Кроме того, бак-реактор имеет второй выход для отвода обработанной воды через модули фильтрации к потребителю. Приемные камеры эжекторов соединены с гидроциклоном трубопроводами, содержащими соответствующую запорную арматуру. Гидроциклон соединен также трубопроводом, содержащим регулирующий затвор, со скважным насосом, а также со сливной трубой для удаления твердых частиц (например, песка). Для регулирования уровня воды в баке-реакторе размещены датчики уровня воды. Это позволяет создавать и поддерживать воздушное пространство над уровнем воды в баке-реакторе высотой не менее 0, 2 м. Выходы среза камер смешения каждого из эжекторов расположены над уровнем воды в баке-реакторе на высоте не менее 0,5 м.

Устройство [5] по сравнению с другими традиционными, например [6. Кульский Л.А., Булава М.Н. и другие. Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов // Киев, 1972, с.236, рис.89], имеет меньшие габаритные размеры, что снижает затраты на строительство водоочистных сооружений. При этом устройство [5], как и указанные выше аналоги, обеспечивает очистку и обеззараживание воды без применения дополнительных реагентов. Однако устройство по прототипу имеет невысокую производительность и эффективность, что обусловлено недостаточно высокой скоростью таких процессов, как кавитация, дегазация, аэрация, влияющих на скорость окислительных процессов. Кроме того, сопловые насадки эжекторов часто загрязняются, а их очистка сопровождается неизбежными остановками устройства и, как следствие, снижает производительность установки. Кроме того, осадок, образующийся на дне бака-реактора и содержащий уничтоженные споры грибков и бактерий, за счет турбулентной диффузии все же попадает в объем воды в баке-реакторе и далее через насос подается в модули фильтрации. Это ведет к перегрузке модулей фильтрации, к необходимости их частой промывки или к неоправданному увеличению фильтров, что экономически нецелесообразно. Кроме того, в процессе работы устройства через вентилятор вместе с CO2 в атмосферу удаляются и частицы воды, то есть часть обрабатываемой воды теряется в атмосфере, что экономически нецелесообразно.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности и экономичности установки безреагентной очистки и обеззараживания воды.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении площади контактирования воды и воздуха путем создания взрывной кавитации при встречном столкновении двух эжекционных водовоздушных струй, обеспечивающей дополнительное диспергирование, кавитацию, турбулизацию, аэрацию и дегазацию обрабатываемой воды.

Поставленная задача решается следующим образом. Заявляемая установка, как и прототип, содержит бак-реактор, эжекторную секцию, два эжектора, вытяжной вентилятор и гидроциклон. Дно бака-реактора выполнено наклонным, и его первый выход связан с дренажной системой. Второй выход бака-реактора с помощью трубопровода, содержащего запорные вентили, регулирующую арматуру и насос, образует линию подачи обрабатываемой воды в бак-реактор и очищенной воды потребителю. Бак-реактор снабжен аварийным переливом и двумя датчиками верхнего и нижнего уровней воды. Каждый из эжекторов имеет камеру смешения, приемную камеру, имеющую один выход и два входа, один из которых служит для подачи воздуха или озоно-воздушной смеси, а второй - для подачи обрабатываемой воды. Гидроциклон имеет один вход и два выхода. Вход гидроциклона связан трубопроводом, содержащим регулирующий затвор, со скважным насосом и образует подающую линию обрабатываемой воды для первого эжектора. Первый выход гидроциклона с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль, связан со вторым входом приемной камеры первого эжектора. Второй выход гидроциклона связан с дренажной системой с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль.

В отличие от прототипа заявляемая установка содержит дополнительно второй гидроциклон, имеющий один вход и два выхода, два фильтра, расположенные соответственно перед приемными камерами эжекторов. Вход второго гидроциклона связан трубопроводом, содержащим регулирующий затвор, со скважным насосом и образует дополнительную подающую линию обрабатываемой воды для второго эжектора. Первый выход второго гидроциклона с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль, связан через фильтр со вторым входом приемной камеры второго эжектора. Второй выход второго гидроциклона связан с дренажной системой с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль. Бак-реактор с помощью двух вертикальных перфорированных перегородок разделен на два отсека с образованием аэрационной колонны. Второй отсек содержит часть бака-реактора и образован меньшей вертикальной стороной бака-реактора, его верхней стороной, наклонным дном бака-реактора и второй вертикальной перфорированной перегородкой. Второй выход бака-реактора размещен во втором отсеке и служит для подачи обрабатываемой воды в бак-реактор и отвода обработанной воды потребителю. Аэрационная колонна образована эжекторной секцией и первым отсеком бака-реактора. Первый отсек бака-реактора образован первой перфорированной перегородкой, большей вертикальной стороной бака реактора, имеющего наклонное дно с отстойником, связанным с дренажной системой. При этом верхняя часть аэрационной колонны содержит соединенную с вытяжным вентилятором крышку, под которой расположены фильтр-картридж и отражающий экран куполообразной формы. В верхней части аэрационной колонны навстречу друг другу размещены камеры смешения, выходные срезы которых расположены на расстоянии не менее 0,4 м друг от друга. Продольные оси камер смешения расположены на расстоянии не менее 0,2 м от верхней точки купола отражающего экрана и на расстоянии не менее 0,5 м от верхнего уровня воды в баке-реакторе, определяемого датчиком верхнего уровня воды. Насос выполнен циркуляционным и через трубопроводы, содержащие запорные вентили, соединен соответственно со вторым выходом бака-реактора и с подающей линией.

В частных случаях выполнения вторая перфорированная перегородка размещена во втором отсеке бака-реактора. Между перфорированными перегородками расположен сменный фильтр-картридж, снабженный сорбционным материалом, выполненным, например, из волокнистого полотна.

Датчики верхнего и нижнего уровней воды размещены во втором отсеке бака-реактора. Датчик верхнего уровня воды расположен на расстоянии не менее 0,2 м от верхней стенки бака-реактора и определяет верхний уровень воды в баке реакторе. Датчик нижнего уровня воды размещен выше второго выхода бака-реактора.

Фильтр-картридж, расположенный под крышкой аэрационной колонны, снабжен сорбционным материалом, выполненным, например, из волокнистого полотна.

Отражающий экран куполообразной формы расположен коаксиально с зазором не менее 0,05 м относительно вертикальных стенок аэрационной колонны.

Из уровня техники в известных общедоступных источниках информации не выявлена установка, характеризующаяся той же совокупностью признаков, что и заявляемое устройство. Это подтверждает новизну заявляемой установки.

В известных заявителю установках для очистки и обеззараживания воды не известны устройства, в которых камеры смешения эжекторов расположены навстречу друг другу в верхней части аэрационной колонны. Такое расположение эжекторов приводит к тому, что при столкновении водовоздушных струй, вытекающих из камер смешения эжекторов навстречу друг другу со скоростью около 25 м/сек и более, создается эффект взрывной кавитации. При этом образуется огромное количество водяных дисперсных частиц (много раз больше, чем в устройстве по прототипу, где камеры смешения эжекторов расположены параллельно друг другу), что ведет к увеличению площади контактирования дисперсных частиц воды и воздуха. Водяные дисперсные частицы, содержащие микропузырьки, при взрывной кавитации схлопываются (коллапсируют). При этом температура внутри микропузырьков достигает значений порядка, 1000°C и более, что способствует уничтожению спор грибков и бактерий, тем самым обеззараживает воду. Погибшие споры грибков и бактерий, попадая в реакторную воду, осаждаются на дне бака-реактора, где скапливаются в отстойнике и далее удаляются в дренаж. Взрывная кавитация, сопровождающаяся микровзрывами пузырьков, приводит к дополнительному диспергированию, кавитации, аэрации и дегазации обрабатываемой воды, что в целом дополнительно влияет на скорость протекающих окислительных процессов, то есть способствует окислению содержащихся в воде загрязнений, например окислению Fe+2, Mn+2 и других частиц, а также к обогащению воды кислородом и озоном. Кроме того, отражающий экран куполообразной формы, установленный в верхней части аэрационной колонны над камерами смешения эжекторов, оказывает дополнительное влияние на процессы кавитации, турбулентной диффузии по всему объему реакторной воды, а также на увеличение площади контактирования двух сред, воды и воздуха и ускорение процесса дегазации. В процессе работы установки часть образующихся в результате взрывной кавитации дисперсных водяных частиц со скоростями более 25 м/сек устремляется к поверхности реакторной воды аэрационной колонны, проникает в ее глубь, вызывая турбулизацию реакторной воды и турбулентную диффузию хлопьевидных осадков по всему объему реакторной воды, в первом отсеке бака-реактора. Другая часть образующихся в результате взрывной кавитации дисперсных водяных частиц со скоростями более 25 м/сек бомбардирует поверхность отражающего экрана куполообразной формы, ускоряя процесс схлопывания микропузырьков в микро- и макро водяных частицах. При столкновении водяных частиц с поверхностью отражающего экрана происходит их освобождение от токсичных газов, которые с помощью вытяжного вентилятора удаляются в атмосферу. Очищенные от газов водяные частицы отражаются от поверхности отражающего экрана, падают с высоты (Н+Н2) на поверхность реакторной воды, проникают в ее глубь, еще в большей степени увеличивая турбулизацию реакторной воды в первом отсеке бака-реактора, сопровождающуюся процессом схлопывания микропузырьков. Находящиеся в обрабатываемой воде, например, молекулы гидроксида железа Fe(OH)2 и другие молекулы оказываются на сфере микропузырька, то есть на границе раздела сферы микропузырька и окружающей его жидкости. Под действием огромных сил, возникающих в момент схлопывания микропузырьков, молекулы устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, нагреваются мгновенно до температуры около 1000°C, что ведет к гибели спор грибков, бактерий и образованию хлопьевидного осадка, содержащего Fe(OH)3, выпадающего на дно аэрационной колонны и скапливающегося в отстойнике, из которого удаляется периодически в дренаж. Другая (оставшаяся) часть хлопьевидного осадка при переливе обработанной воды из первого отсека во второй отсек бака-реактора сорбируется в фильтре-картридже перегородки, разделяющей бак-реактор.

В заявляемом устройстве благодаря тому, что камеры смешения эжекторов расположены в аэрационной колонне навстречу друг другу, а над срезами камер смешения расположен отражающий экран, сложные гидродинамические процессы протекают без влияния внешних воздействий, то есть за счет давления самой воды, получившей большую скорость струй в самих эжекторах. В то время как, например, в аналоге [2] устройство снабжено высоковольтными электродами для создания необходимого высоковольтного электрического разряда.

Таким образом, конструктивное выполнение, расположение и взаимосвязь основных узлов заявляемой установки (раскрытые выше) обеспечивают эффективную безреагентную очистку и обеззараживание воды за счет протекающих процессов взрывной кавитации, диспергирования, турбулизации, аэрации и дегазации обрабатываемой воды, увеличивая тем самым площадь контактирования дисперсных частиц воды и воздуха и, как следствие, увеличивая скорость протекающих окислительных процессов, что позволяет судить о наличии изобретательского уровня заявляемого устройства.

Техническая суть заявляемого устройства поясняется конкретным примером и чертежом, на котором показана схема заявляемой установки безреагентной очистки и обеззараживания воды. Установка содержит бак-реактор 1 с аэрационной колонной 2, в верхней части которой размещены камеры смешения 3 и 4 эжекторов. Выходные срезы камер смешения 3, 4 направлены встречно и находятся друг от друга на расстоянии L, равном не менее 0,4 м. Над камерами смешения 3, 4 коаксиально расположен отражающий экран 5 куполообразной формы с зазором не менее 0,05 м относительно вертикальных стенок аэрационной колонны 2. Верхняя точка отражающего экрана 5 находится от продольных осей камер смешения 3, 4 на расстоянии Н, равном не менее 0,2 м. Аэрационная колонна содержит также крышку 6, связанную с вытяжным вентилятором 7. Над отражающим экраном 5 размещен фильтр-картридж 8. Внутри бака-реактора 1 вертикально расположены первая 9 и вторая 10 перфорированные перегородки, между которыми расположен сменный фильтр-картридж 11. Перфорированные перегородки 9, 10 делят бак-реактор 1 на два отсека: первый отсек 12 и второй отсек 13. Дно 14 бака-реактора 1 выполнено наклонным, при этом наклонное дно первого отсека 12 содержит отстойник 15, связанный с дренажной системой. На верхней стенке 16 бака-реактора 1 размещены датчик 17 верхнего уровня воды и датчик 18 нижнего уровня воды в баке-реакторе 1, а также запорный вентиль 19 для сброса воздуха в атмосферу. Датчик 17 верхнего уровня воды размещен на расстоянии Н1, равном не менее 0,2 м от верхней стенки 16 бака-реактора 1, и определяет расстояние H2 от верхнего уровня воды в баке-реакторе 1 до выходов камер смешения 3,4 равным не менее 0,5 м. Бак-реактор 1 снабжен также аварийным переливом. Первые выходы первого 20 и второго 21 гидроциклонов через сетчатые фильтры 22 и 23 соответственно соединены с входами первой 24 и второй 25 приемных камер эжекторов. Другие входы приемных камер 24 и 25 служат для подачи воздуха с помощью запорных вентилей 26, 27 в соответствующий эжектор. Вторые выходы первого 20 и второго 21 гидроциклонов с помощью сливных труб, содержащих запорные вентили 28, 29, соединены с дренажной системой. Входы гидроциклонов 20, 21 с помощью трубопроводов и запорных вентилей 30, 31 связаны с подающей линией, которая через регулирующую арматуру 32 соединена со скважным насосом 33, связанным с запорным вентилем 34 и с редуктором давления 35. Подающая линия соединена также через запорные вентили 36, 37 и циркуляционный насос 38 со вторым выходом бака-реактора 1, расположенным в его втором отсеке 13, откуда обработанная вода перекачивается по трубопроводу, содержащему запорный вентиль 39 к потребителю. При этом первый гидроциклон 20, соединенный трубопроводом, содержащим запорный вентиль 40, сетчатый фильтр 22, образует подающую линию обрабатываемой воды для первого эжектора. Второй гидроциклон 21, соединенный трубопроводом, содержащим запорный вентиль 41, сетчатый фильтр 23, образует дополнительную подающую линию обрабатываемой воды для второго эжектора. Другие обозначения, используемые на чертеже: запорный вентиль 42 установлен в трубопроводе, соединяющем отстойник 15 с дренажной системой; запорный вентиль 43 установлен в трубопроводе, предназначенном для сброса загрязнений при очистке картриджного фильтра 11; Н - расстояние между верхней точкой куполообразного отражающего экрана 5 и продольными осями камер смешения 3 и 4, H1 - высота воздушного пространства в верхней части бака-реактора 1, определяемая положением датчика 16 верхнего уровня воды. H2 - расстояние между камерами смешения 3, 4 и верхним уровнем воды аэрационной колонны 2 бака-реактора 1. L - расстояние между выходными срезам камер смешения 3 и 4.

Установка безреагентной очистки и обеззараживания воды работает следующим образом. Обрабатываемая вода из скважины с помощью насоса 33 подается в гидроциклоны 20 и 21, в которых производится удаление твердых частиц (например, песка и других), содержащихся в воде. Твердые частицы в гидроциклонах 20, 21 под действием центробежной силы, возникающей при тангенциальном вводе воды, собираются в нижней части гидроциклонов и по сливным трубам при автоматическом открытии вентилей 28, 29 сбрасываются в дренажную систему. Далее через гидроциклоны 20, 21 и соответствующие фильтры 22, 23 вода поступает соответственно в приемные камеры 24 и 25 эжекторов. Сетчатые фильтры 22, 23 служат для улавливания проскоковых частиц из гидроциклонов 20, 21 и тем самым предохраняют от засорения сопловые насадки эжекторов, из которых струя жидкости вытекает с большой скоростью (примерно 25-50 м/сек) и эжектирует окружающий воздух в приемные камеры 24, 25. В камерах 24, 25 создается разрежение, что способствует десорбции CO2 и других токсичных газов, например аммиака, сероводорода, метана, которые могут присутствовать в подземной воде. В приемные камеры 24, 25 подается также воздух или озоно-воздушная смесь. Далее в камерах смешения 3, 4 происходит образование водовоздушной смеси (пузырьки воздуха распределяются в структуре воды, при этом вода теряет прозрачность и приобретает молочную окраску). Вытекающие из камер смешения 3, 4 навстречу друг другу с большой скоростью (до 50 м/сек) водовоздушные струи сталкиваются, что создает эффект взрывной кавитации и катастрофическое разрушение водовоздушных струй, приводящее к образованию макро- и микродисперсных жидких частиц, то есть создается максимальный эффект диспергирования водовоздушных струй на мельчайшие частицы. Часть из образующихся макро- и микродисперсных жидких частиц, падая с высоты Н2, с большой скоростью устремляется вниз, проникая в глубину воды, находящейся в аэрационной колонне 2, вызывая ее турбулизацию. При этом образованные макро- и микродисперсные жидкие частицы некоторое время находятся в воздушном пространстве аэрационной колонны 2 бака-реактора 1, что увеличивает время их контактирования с воздухом и дополнительно способствует увеличению скорости десорбции, например, газа CO2 (аммиака, сероводорода и других). В огромном количестве образованных макро и микродисперсных жидких частиц образуется (по сравнению с прототипом) гораздо большее количество микропузырьков, в которых при взрывной кавитации и коллапсировании (схлопывании) температура повышается до 1000°C и больше, что способствует уничтожению спор грибков, бактерий и образованию нерастворимых осадков, содержащих железо и марганец. Мгновенному схлопыванию микропузырьков способствует и то, что давление внутри микропузырьков превышает давление в аэрационной колонне 2, в которой создается пониженное давление в результате работы вытяжного вентилятора 7, что, в свою очередь, дополнительно влияет на скорость десорбции газов.

Другая часть из образующихся макро- и микродисперсных жидких частиц под действием вентилятора 7 с большой скоростью устремляется вверх и сталкивается с поверхностью отражающего экрана 5 куполообразной формы, дополнительно увеличивая тем самым эффект, получаемый от схлопывания микропузырьков в дисперсных жидких частицах. Отражаясь от поверхности отражающего экрана 5 куполообразной формы, мелкодисперсные частицы падают с высоты (Н+Н2) на поверхность воды аэрационной колонны 2, проникают в ее глубь и дополнительно увеличивают турбулизацию реакторной воды, вызванную первой частью образованных макро- и микродисперсных жидких частиц. При турбулизации реакторной воды процесс схлопывания микропузырьков продолжается. Фильтр-картридж 8, расположенный над отражающим экраном 5, выполненный из сорбционного материала, задерживает дисперсные частицы воды и беспрепятственно пропускает воздух. Образующиеся хлопьевидные осадки под действием сил гравитации падают на наклонное дно 14, скапливаются в отстойнике 15, откуда периодически удаляются в дренажную систему. Другая часть хлопьевидного осадка сорбируется в фильтре-картридже 11 бака-реактора 1 при переливе обрабатываемой воды из первого отсека 12 во второй отсек 13 бака-реактора 1, откуда очищенная вода насосом 38 подается потребителю.

Установка позволяет проводить цикличную обработку воды до требуемого качества следующим образом. Из скважины с помощью скважинного насоса 33 вода подается в бак-реактор 1 до верхнего уровня, определяемого датчиком 17 верхнего уровня воды. После этого отключается скважинный насос 33 и автоматически закрывается регулирующая арматура 32 (скважинная задвижка), одновременно включается циркуляционный насос 38, который многократно перекачивает воду из второго отсека 13 бака-реактора 1 в гидроциклоны 20, 21 и далее через фильтры 22, 23, эжекторы в первый отсек 12 бака-реактора 1. Этот процесс может повторяться требуемое количество раз, доводя тем самым состав воды до уровня заданного качества. Один цикл обрабатываемой воды - это время, за которое циркуляционный насос перекачает, например 5 м3 воды. Таких циклов может быть выполнено несколько.

Таким образом, в заявляемой установке реализуются процессы эжекционного диспергирования и взрывной кавитации, приводящие к увеличению площади контактов двух сред, воздуха и воды, что ведет к повышению эффективности насыщения воды воздухом, озоном и оказывает значительное влияние на процессы очистки и обеззараживания воды. Из обрабатываемой воды удаляются растворенные в ней газы, уничтожаются микроорганизмы, ионы двухвалентного железа, марганца переходят из растворимого состояния в твердое, осаждаются на дне 14 бака-реактора 1, скапливаются в отстойнике 15 и выводятся через дренажную систему.

Заявляемая установка, по мнению заявителя, удовлетворяет критерию «промышленная применимость», так как может быть многократно воспроизведена с использованием устройств, запорной и регулирующей арматуры, других деталей, выпускаемых промышленностью. Установка прошла также опытную проверку.

1. Установка безреагентной очистки и обеззараживания воды, содержащая бак-реактор, эжекторную секцию, два эжектора, вытяжной вентилятор и гидроциклон, при этом дно бака-реактора выполнено наклонным, его первый выход связан с дренажной системой, а второй выход бака-реактора с помощью трубопровода, содержащего запорные вентили, регулирующую арматуру и насос, образует линию подачи обрабатываемой воды в бак-реактор и очищенной воды потребителю, бак-реактор снабжен аварийным переливом и двумя датчиками верхнего и нижнего уровней воды; каждый из эжекторов имеет камеру смешения, приемную камеру, имеющую один выход и два входа, один из которых служит для подачи воздуха или озоно-воздушной смеси, а второй - для подачи обрабатываемой воды; гидроциклон имеет один вход и два выхода, при этом вход гидроциклона связан трубопроводом, содержащим регулирующий затвор, со скважным насосом и образует подающую линию обрабатываемой воды для первого эжектора, первый выход гидроциклона с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль, связан со вторым входом приемной камеры первого эжектора, а его второй выход связан с дренажной системой с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй гидроциклон, содержащий один вход и два выхода, два фильтра, расположенные соответственно перед приемными камерами эжекторов; при этом вход второго гидроциклона связан трубопроводом, содержащим регулирующий затвор, со скважным насосом и образует дополнительную подающую линию обрабатываемой воды для второго эжектора, первый выход второго гидроциклона с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль, связан через фильтр со вторым входом приемной камеры второго эжектора, а второй выход второго гидроциклона связан с дренажной системой с помощью трубопровода, содержащего запорный вентиль; кроме того, бак-реактор с помощью двух вертикальных перфорированных перегородок разделен на два отсека с образованием аэрационной колонны, при этом второй отсек содержит часть бака-реактора и образован меньшей вертикальной стороной бака-реактора, его верхней стороной, наклонным дном бака-реактора и второй вертикальной перфорированной перегородкой, при этом второй выход бака-реактора размещен во втором отсеке и служит для подачи обрабатываемой воды в бак-реактор и отвода обработанной воды потребителю; а аэрационная колонна образована эжекторной секцией и первым отсеком бака-реактора, образованным первой перфорированной перегородкой, большей вертикальной стороной бака-реактора, имеющего наклонное дно с отстойником, связанным с дренажной системой, при этом верхняя часть аэрационной колонны содержит соединенную с вытяжным вентилятором крышку, под которой расположены фильтр-картридж и отражающий экран куполообразной формы, кроме того, в верхней части аэрационной колонны навстречу друг другу размещены камеры смешения, выходные срезы которых расположены на расстоянии не менее 0,4 м друг от друга, при этом продольные оси камер смешения расположены на расстоянии не менее 0,2 м от верхней точки купола отражающего экрана и на расстоянии не менее 0,5 м от верхнего уровня воды в баке-реакторе, определяемом датчиком верхнего уровня воды; кроме того, насос выполнен циркуляционным и через трубопроводы, содержащие запорные вентили, соединен соответственно со вторым выходом бака-реактора и с подающей линией.

2. Установка безреагентной очистки и обеззараживания воды по п.1, отличающаяся тем, что вторая перфорированная перегородка размещена во втором отсеке бака-реактора.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между перфорированными перегородками расположен сменный фильтр-картридж.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что сменный фильтр-картридж снабжен сорбционным материалом, выполненным, например, из волокнистого полотна.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что датчики верхнего и нижнего уровней воды размещены во втором отсеке бака-реактора.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик верхнего уровня воды расположен на расстоянии не менее 0,2 м от верхней стенки бака-реактора и определяет верхний уровень воды в баке-реакторе

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик нижнего уровня воды размещен выше второго выхода бака-реактора.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр-картридж, расположенный под крышкой аэрационной колонны, снабжен сорбционным материалом, выполненным, например, из волокнистого полотна.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отражающий экран куполообразной формы расположен коаксиально с зазором не менее 0,05 м относительно вертикальных стенок аэрационной колонны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к установкам для очистки воды. Блочно-модульная установка для очистки и подачи воды содержит блок предварительной фильтрации 1, блок основной очистки 2, блок обеззараживания и блок управления.

Изобретение может быть использовано в технологии осуществления реакции Фишера-Тропша в промышленности. Способ очистки водного потока, выходящего после реакции Фишера-Тропша, включает обработку неорганическим основанием, имеющим рКа выше или равным 6,5, и подачу его в испаритель, получают два выходящих потока - поток пара из головной части испарителя и водный поток из нижней части испарителя.
Изобретение может быть использовано в технологии изготовления искусственного грунта, применяемого в дорожно-транспортном строительстве, в качестве удобрений для придорожного озеленения, лесоразведении, рекультивации полигонов твердых бытовых отходов и полигонов промышленных отходов, для биологической рекультивации нарушенных земель.

Изобретение относится к очистке жидких стоков, содержащих органические загрязнения в промышленных, сельскохозяйственных и бытовых предприятиях. .

Изобретение относится к технике получения питьевой воды из природных сильно загрязненных источников и может быть использовано для очистки и обеззараживания балластных вод, очистки воды бассейнов и других аналогичных целей.

Изобретение относится к области получения обессоленной воды и воды высокой чистоты для теплоносителей ядерных энергетических установок научных центров. .
Изобретение относится к охране окружающей среды. .

Изобретение относится к способам очистки оборотных вод металлургического производства с повышенным содержанием фосфатов от тяжелых металлов и их солей и может быть использовано на металлургических производствах.

Изобретение относится к области очистки промышленных, питьевых и сточных вод от вредных примесей, в том числе от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов и органических загрязнений методом сорбции.

Изобретение относится к энергосберегающим системам оборотного водоснабжения. Система оборотного водоснабжения для мойки автомашин содержит технологическое оборудование, связанное системой трубопроводов с аппаратами очистки сточной воды, и включает в себя накопительную емкость 47, в которую самотеком поступают сточные воды, насос 48 для подачи воды из накопительной емкости 47 в реактор 49, компрессор 52 для перемешивания среды в реакторе 49, насос-дозатор 51 рабочего раствора коагулянта, флотатор 54, накопительную емкость 59 для сбора очищенной воды после флотатора 54, фильтры грубой 61 и тонкой 66 очистки, накопительную емкость 63 для сбора очищенной воды после фильтров грубой очистки, диафрагменный насос 55 и сборник шлама 56.

Изобретение относится к очистным сооружениям и может быть использовано на моечных станциях автотранспорта. Флотационно-фильтрационная установка содержит заборный фильтр 1, всасывающий трубопровод 2, обратный клапан 8, насосный агрегат 3, эжектор 4, соединенный с байпасным трубопроводом 5 и установленный на входе насосного агрегата 3, камеру флотации 22 с фильтром 29 и слоем фильтрующей загрузки 30.

Изобретение относится к установкам для очистки воды. Блочно-модульная установка для очистки и подачи воды содержит блок предварительной фильтрации 1, блок основной очистки 2, блок обеззараживания и блок управления.

Изобретение относится к развертываемой в полевых условиях системе очистки воды. Система очистки воды включает несколько модулей, соединяемых водопроводными линиями.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод и может быть использовано для очистки промышленных и бытовых сточных вод от широкого спектра растворенных и взвешенных органических соединений, в том числе в водоемах с большим диапазоном колебаний уровня сточных вод.

Изобретение относится к устройству для очистки ливнесточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ и может использоваться при очистке ливневых и технологических сточных вод.
Изобретение относится к способам очистки воды для хозяйственно-бытового водоснабжения и может найти применение в области хозяйственно-бытового водоснабжения, а также для очистки природных, поверхностных и подземных вод от взвешенных веществ.

Изобретение относится к химическим и сельскохозяйственным производствам и очистке бытовых жидких стоков, содержащих органические загрязнения. .

Изобретение относится к очистке подземных вод от растворенных в ней газов, в частности сероводорода и примесей, и может быть использовано в водоподготовке, например, изобретение может найти применение при подготовке экологически чистой воды в коммунальных, промышленных и оборотных системах хозяйственно-питьевого водоснабжения городов, населенных пунктов, отдельных объектов и сельскохозяйственных комплексов, а также при подготовке воды для санаторно-курортных комплексов.
Изобретение относится к композиции, предназначенной для получения катионообменного волокнистого материала, используемого в процессах водоподготовки и при очистке промышленных сточных вод.
Наверх