Устройство для очистки и обеззараживания воды

 

Изобретение относится к устройствам подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения. Устройство содержит корпус, расположенные в нем высоковольтный и заземленный электроды, выполненные в виде объемной решетки, причем высоковольтный электрод расположен между заземленными электродами. Ниже электродной системы расположена хордовая насадка в виде желобов, предназначенная для эффективного растворения озона в воде. Вход патрубка, подающего воду, соединен с выходом эжекторного насоса, который смешивает очищаемую воду с атмосферным воздухом, а выход патрубка соединен с распределительным устройством, которое превращает водовоздушную смесь в капельный поток. Патрубок, отводящий озоновоздушную смесь, соединен с другим эжекторным насосом, который осуществляет повторное озонирование воды. Патрубок, отводящий обработанную электрическими разрядами воду, соединен с промежуточной емкостью, из которой вода подается на повторное озонирование в эжекторный насос и на дальнейшую очистку. Предложенное устройство позволяет повысить эффективность очистки и обеззараживания воды и снизить удельные энергозатраты на процесс очистки 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 волы 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, происходит очистка и обеззараживание воды.

В а.с. 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, содержащее корпус, выполненный в виде камеры с воздуховодом, и размещенные в нем генератор токовых высоковольтных импульсов, воздушный разрядник, компрессор и высоковольтную электродную пару, причем отрицательный электрод высоковольтной пары выполнен из немагнитного материала, снабжен отверстиями для подачи озона в область электрического разряда и на нем установлен подковообразный электромагнит, а воздушный разрядник снабжен инициирующим электродом, соединенным с высоковольтным генератором напряжения. При подаче напряжения на инициирующий электрод срабатывает воздушный разрядник, и 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, OH, пузырьки водорода, кислорода, которые, воздействуя на воду, приводят к обеззараживанию воды.

Все выше приведенные известные устройства для очистки и обеззараживания воды характеризуются большей или меньшей эффективностью очистки воды, определенными удельными энергозатратами, 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 корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, распределительное устройство для подачи воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода озоносодержащего газа, причем высоковольтный и заземленные электроды выполнены в виде объемной решетки, а высоковольтный электрод расположен между заземленными электродами, ниже электродной системы расположена хордовая насадка в виде желобов, причем патрубок, подающий воду, соединен с выходом эжекторного насоса, который смешивает очищаемую воду с кислородосодержащим газом, а патрубок, отводящий озоносодержащий газ, соединен с другим эжекторным насосом, который осуществляет повторное озонирование воды.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. Исходная вода поступает в эжекторный насос, где смешивается с атмосферным воздухом, и эта водо-воздушная смесь поступает в распределительное устройство. Из распределительного устройства вода в виде капельного потока подается на электродную систему устройства. При подаче высокого напряжения на высоковольтный электрод электрические разряды возникают между высоковольтным электродом и заземленными электродами в капельно-воздушном промежутке. В результате в зоне воздействия электрических разрядов из воздуха происходит образование озона, атомарного кислорода, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, а на поверхности капель воды и в ее объеме происходит образование радикалов OH^-, различных перекисей водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение. В зоне, расположенной ниже электродной системы, капельный поток воды попадает в хордовую насадку, где происходит интенсивное смешение озоно-воздушной смеси с водой. Все продукты разряда вступают во взаимодействие с примесями, находящимися в воде, происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. 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, в котором вода смешивается с озоно-воздушной смесью, 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 показано: А - А - сечение устройства на уровне заземленного электрода, В - В - сечение устройства на уровне высоковольтного электрода, С - С - сечение устройства на уровне хордовой насадки.

Как показано на рисунках, устройство для реализации настоящего изобретения включает в себя корпус 1, внутри которого 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. Высоковольтный электрод 2 расположен между заземленными электродами 5, которые выполнены в виде объемных решеток и соединены с корпусом 1. В верхней части устройства установлено распределительное устройство для подачи воды 6, которое выполнено в виде коллектора с перфорацией. На распределительном устройстве установлен подводящий очищаемую воду патрубок 7, который соединен с выходным патрубком эжекторного насоса 8, через который в устройство подается очищаемая вода. Ниже электродной системы расположена хордовая насадка, выполненная в виде желобов 9. Отводящий обработанную электрическими разрядами воду патрубок 10 размещен в нижней части корпуса 1 и с помощью трубопровода соединен с промежуточной емкостью. Ниже хордовой насадки на корпусе 1 установлен патрубок 11, который предназначен для отвода непрореагировавшей озоно-воздушной смеси. Патрубок 11 соединен с эжекторным насосом 12, который запитан водой, подаваемой из промежуточной емкости с помощью насоса 13. Подвод атмосферного воздуха в устройство осуществляется через патрубок 14.

Работает описанное устройство следующим образом. Исходная вода подается в эжекторный насос 8, где смешивается с атмосферным воздухом, и через патрубок 7 водо-воздушная смесь поступает в распределительное устройство 6. Из распределительного устройства 6 вода в виде капельно-воздушного потока поступает на электродную систему устройства. При подаче на электроды высокого импульсного напряжения от источника питания, между высоковольтным электродом 2 и заземленными электродами 5 в капельно-воздушном промежутке образуются электрические разряды. Электрические разряды образуются по всей поверхности рабочей части высоковольтного электрода 2 за счет наличия большого количества капель воды в межэлектродном пространстве. Под действием электрических разрядов из кислорода воздуха происходит образование атомарного кислорода, озона, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, на границе воды и в ее объеме образуются радикалы OH^-, различные перекиси и закиси водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение. В зоне, расположенной ниже электродной системы, капельный поток воды попадает на хордовую насадку 9. За счет того, что хордовая насадка выполнена в виде желобов, в ней происходит более интенсивное смешение озоно-воздушной смеси с водой. Все продукты разряда вступают в интенсивное взаимодействие с примесями, находящимися в воде, происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. Далее вода поступает в промежуточную емкость, из которой она с помощью насоса 13 подается на эжекторный насос 12. В эжекторном насосе 12 происходит смешивание воды с озоно-воздушной смесью, которая засасывается в эжекторный насос из устройства через патрубок 11. Вода, смешанная с озоно-воздушной смесью, из эжекторного насоса 12 поступает в промежуточную емкость. За счет работы эжекторного насоса 12, внутри корпуса 1 устройства создается пониженное давление, за счет которого атмосферный воздух засасывается внутрь корпуса через патрубок 14. В промежуточной емкости, в объеме воды происходит доокисление примесей, коагуляция окисленных веществ и аэрация воды. Отработанная озоно-воздушная смесь направляется на деструктор остаточного озона или на первичное озонирование исходной воды. Далее вода поступает на последующие этапы очистки и после осветления поступает потребителю. Качество очистки воды регулируется количеством подаваемого воздуха, частотой следования высоковольтных импульсов от источника питания и количеством воды, поступающим на очистку. Если в воде находится железо, то в результате его окисления 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.

При испытании заявляемого устройства были получены следующие результаты: удельные энергозатраты на очистку и обеззараживание воды до 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 корпус и расположенные в нем электроды, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит патрубки для подвода и отвода воды, распределительное устройство для подачи воды, патрубок для подвода кислородсодержащего газа и патрубок для отвода озоносодержащего газа, при этом высоковольтный и заземленные электроды выполнены в виде объемной решетки, причем высоковольтный электрод расположен между заземленными электродами, а ниже электродной системы расположена хордовая насадка в виде желобов, причем патрубок, подающий воду, соединен с выходом эжекторного насоса, который смешивает очищаемую воду с кислородосодержащим газом, а патрубок, отводящий озоносодержащий газ, соединен с другим эжекторным насосом, который осуществляет повторное озонирование воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2