Способ подготовки питьевой воды
Изобретение относится к подготовке питьевой воды и может быть использовано для насыщения питьевой воды кислородом. Ультразвуковую обработку и насыщение воды кислородом производят полем с интенсивностью (1÷70)×104 Вт/м2 в гидродинамическом генераторе с одновременной подачей кислородосодержащего газа. Обработку производят при давлении, определяемом по формуле. Расход кислородосодержащего газа определяют также по формуле. Технический результат состоит в повышении эффективности насыщения питьевой воды кислородом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области обработки воды окислением в сочетании с воздействием ультразвука и может быть использовано для насыщения питьевой воды кислородом.
Известен способ обработки воды, реализуемый при работе устройства для безреагентной обработки жидкости (пат. RU №2158235, МПК7 C02F 1/48, опубл. 2000 г.), включающий воздействие ультразвукового излучения на поток воды.
Такой способ позволяет очистить воду от примесей, однако он не обеспечивает насыщения питьевой воды кислородом.
Известен способ обработки воды (пат. RU №2272791, МПК8 C02F 1/74, опубл. 2006 г.), включающий аэрацию воды посредством эжекции воздуха водой и ее кавитацию. Для кавитации воды ее поток распыляют из форсунки под перепадом давления, а для аэрации эжектируемый воздух в распыленную воду подают после ее кавитации, после чего воду сепарируют от газообразных и твердых включений.
Такой способ обеспечивает очистку воды от твердых включений и ее аэрацию, однако насыщение питьевой воды кислородом недостаточно эффективно.
Наиболее близким по технической сущности и принятым в качестве прототипа является способ насыщения питьевой воды кислородом при ее подготовке (DE №19949154, МПК C02F 1/36, опубл. 2001 г.), включающий ультразвуковую обработку воды и насыщение ее кислородом при повышенном давлении.
Этот способ позволяет несколько повысить эффективность насыщение питьевой воды кислородом.
Однако он трудоемок, сложен в осуществлении и недостаточно эффективен. Это объясняется периодичностью процесса, низкой интенсивностью ультразвукового воздействия, так как обработку проводят в закрытой емкости, оболочка которой подвергается воздействию ультразвукового излучения.
Задачей изобретения является повышение эффективности насыщение питьевой воды кислородом за счет обеспечения возможности коренного изменения параметров процесса ультразвуковой обработки, в части мощности и дешевизны применяемого ультразвука, увеличения концентрации растворенного и дисперсного газообразного кислорода, ведения процесса в непрерывном режиме и снижение за счет этого трудоемкости и упрощение осуществления способа.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе подготовки питьевой воды, включающем ультразвуковую обработку и насыщение воды кислородом при повышенном давлении, ультразвуковую обработку производят полем с интенсивностью (1÷70)×104 Вт/м2 в гидродинамическом генераторе с одновременной подачей кислородосодержащего газа.
Для выполнения ультразвуковой обработки полем с интенсивностью (1÷70)×104 Вт/м2 в гидродинамическом генераторе необходимая мощность извлекается из энергии «затопленной струи» непосредственного подводящего водопровода, уменьшая давление в нем не менее чем на 0,05 МПа. Мощное ультразвуковое воздействие в сочетании с одновременной подачей кислородосодержащего газа позволяет обеспечить эффективное насыщение воды растворенным и дисперсным кислородом. При этом параметры процесса ультразвуковой обработки задаются настройкой параметров работы гидродинамического генератора и монтажной схемой его установки, давлением и расходом подающего водопровода, а параметры по насыщению кислородом - объемом, давлением и способом подачи кислородосодержащего газа, например воздуха.
Кроме того, обработку осуществляют при давлении, определяемом по формуле
Ррасч=Qг/QA×PA, (МПа),
где Qг - необходимая концентрация кислородосодержащего газа в воде в растворенном и дисперсном состоянии, кг/м3;
QA - количество растворяющегося в воде кислородосодержащего газа при атмосферном давлении (РA) и имеющейся температуре, кг/м3, при этом расход кислородосодержащего газа определяют по формуле
qв=Qг×Qп, (кг/час),
где Qп - расход воды в подводящем трубопроводе, м3/час.
Вышеприведенные зависимости позволяют определить конкретные параметры процесса обработки питьевой воды для получения заданной концентрации кислорода.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема осуществления способа (при циклической обработке на первом резервуаре).
Способ осуществляется следующим образом. В резервуар 1 подают воду из водозабора по трубопроводу 2. Забор воды производят из нижней части резервуара 1 и подают с помощью насоса 3 по трубопроводу 4 в гидродинамический генератор 5 с одновременной подачей кислородосодержащего газа, например воздуха, по патрубку 6. В гидродинамическом генераторе 5 (в резонаторной камере гидродинамического пластинчатого генератора) вода подвергается ультразвуковой обработке воздействием акустического поля с интенсивностью (1÷70)×104 Вт/м2, что позволяет произвести дополнительное интенсивное перемешивание воды и диспергирование в ней воздуха. Диспергирование в воде воздуха осуществляют при повышенном гидростатическом давлении Ррасч, определяемом по формуле
Ррасч=Qг/QA×PA, (МПа),
где Qг - необходимая концентрация кислородосодержащего газа в воде в растворенном и дисперсном состоянии, кг/м3;
QA - количество растворяющегося в воде кислородосодержащего газа при атмосферном давлении (РA) и имеющейся температуре, кг/м3, при этом расход кислородосодержащего газа определяют по формуле
qв=Qг×Qп, (кг/час),
где Qп - расход воды в подводящем трубопроводе, м3/час.
Давление в системе на входе гидродинамического генератора 5, необходимое для его нормальной работы, устанавливается не менее 0,2 МПа. Давление на выходе генератора 5 за счет его достаточно высокого гидравлического сопротивления будет ниже, диапазон его изменения должен находится в пределах 0,03÷0,06 МПа. Для измерения давления на входе и выходе генератора устанавливаются манометры 7 и 8. Регулировочный вентиль 9, установленный на патрубке 6, предназначен для регулирования подачи воздуха, а манометр 10 - для определения его давления, которое должно превышать давление в трубопроводе 4. Вывод генератора на резонансный режим производится с помощью байпасного трубопровода 11 путем установки положения регулировочной задвижки 12, а по производительности регулировка ведется при помощи задвижки 14. Расход воздуха определяется по формуле
Qг=(2÷3)×QA×Qп (кг/час),
где Qп - расход воды в трубопроводе 4, определяется производительностью насоса 3, м3/час;
QA - количество воздуха, растворяющегося в воде при атмосферном давлении (РA) и имеющейся температуре, кг/м3.
Интенсивность генерируемых колебаний влияет на процесс водоподготовки. При интенсивности менее 104 Вт/м2 процесс насыщения кислородом недостаточно эффективен. Увеличение интенсивности более 70×104 Вт/м2 нецелесообразно, так как приводит к необоснованному расходу энергии.
Насыщенную кислородом воздуха воду с выхода генератора 5 подают в резервуар 1 под уровень поверхности.
После прохождения последующих циклов аэрации насыщенная кислородом вода подается потребителю.
Гидродинамический генератор может быть установлен на выходе из скважины с использованием давления, создаваемого глубинным насосом, и под давлением в генератор подается воздух. Далее схема сохраняется. Насыщение кислородом составляет до 20 мг/л при температуре около 30°С.
Предлагаемым способом проводилась обработка воды. Из резервуара 1 вода насосом под давлением 0,3 МПа подавалась в гидродинамический пластинчатый генератор 5 и туда же подавался воздух под давлением, 0,32 МПа, превышающим давление в трубопроводе. Интенсивность генерируемых колебаний составляла 3×104 Вт/м2. Аэрированная вода с выхода генератора подавалась под уровень поверхности резервуара 1. После 1-2 циклов насыщение кислородом воды составило 14-16 мг/л.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения концентрации растворенного и дисперсного газообразного кислорода, снизить трудоемкость и упростить осуществление способа за счет ведения процесса в непрерывном режиме.
1. Способ подготовки питьевой воды, включающий ультразвуковую обработку и насыщение воды кислородом при повышенном давлении, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку производят полем с интенсивностью (1÷70)·104 Вт/м2 в гидродинамическом генераторе с одновременной подачей кислородосодержащего газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осуществляют при давлении, определяемом по формуле
Ррасч.=Qг/QA·РА, (МПа),
где Qг - необходимая концентрация кислородосодержащего газа в воде в растворенном и дисперсном состоянии, кг/м3;
QA - количество растворяющегося в воде кислородосодержащего газа при атмосферном давлении (РА) и имеющейся температуре, кг/м3,
при этом расход кислородосодержащего газа определяют по формуле
qв=Qг·Qп, (кг/ч),
где Qп - расход воды в подводящем трубопроводе, м3/ч.
