RU2228916C1 - Installation for water purification by ozone treatment - Google Patents
Installation for water purification by ozone treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2228916C1 RU2228916C1 RU2003103915/15A RU2003103915A RU2228916C1 RU 2228916 C1 RU2228916 C1 RU 2228916C1 RU 2003103915/15 A RU2003103915/15 A RU 2003103915/15A RU 2003103915 A RU2003103915 A RU 2003103915A RU 2228916 C1 RU2228916 C1 RU 2228916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- ejector
- chamber
- oxidation
- ozone
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для очистки и обеззараживания воды, а более конкретно - к удалению железа и других загрязнителей из природной, преимущественно подземной, воды путем предварительного окисления озоном загрязнителей воды и интенсификации дальнейшей очистки воды.The invention relates to a device for the purification and disinfection of water, and more specifically to the removal of iron and other pollutants from natural, mainly underground, water by preliminary oxidation of water pollutants with ozone and the intensification of further water purification.
Из уровня техники известны устройства, в которых для очистки и обеззараживания природных и сточных вод используются озонирование [1-4] и кавитация [5, 6].The prior art devices are known in which ozonation [1-4] and cavitation [5, 6] are used for cleaning and disinfecting natural and waste waters.
Аналогом для заявляемой установки является установка для очистки сточных вод озонированием по авторскому свидетельству №1495310 [3]. Установка содержит генератор озона, насос, эжектор-смеситель, диспергатор, корпус, насадку и цилиндрический канал, размещенный внутри корпуса, и циркуляционный трубопровод. Для увеличения фильтроцикла осуществляется предварительное отделение загрязнителей с помощью особой конструкции цилиндрического канала: ударяясь о коническое днище этого канала, вода, смешенная с озоном, меняет свое направление, при этом происходит отделение наиболее крупных загрязнителей. Установка не обеспечивает достаточного диспергирования озоновоздушной смеси и времени контакта озона с загрязнителями, поэтому не достигается высокая эффективность очистки воды от загрязнителей.An analogue for the claimed installation is a plant for wastewater treatment with ozonation according to the copyright certificate No. 1495310 [3]. The installation comprises an ozone generator, a pump, an ejector-mixer, a dispersant, a housing, a nozzle and a cylindrical channel located inside the housing, and a circulation pipeline. To increase the filter cycle, preliminary separation of pollutants is carried out using a special design of the cylindrical channel: hitting the conical bottom of this channel, water mixed with ozone changes its direction, and the largest pollutants are separated. The installation does not provide sufficient dispersion of the ozone-air mixture and the contact time of ozone with pollutants, therefore, high efficiency of water purification from pollutants is not achieved.
Аналогом, в котором используется эффект кавитации, является устройство для очистки воды от железа по авторскому свидетельству СССР №1502481, кл. С 02 F 1/64 [6]. 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 низкая ненадежность работы кавитатора, т.к. вибраторы часто выходят из строя из-за быстрого износа. Из описания и формулы изобретения неясно, как поступает в устройство воздух, необходимый для насыщения воды. По-видимому, через патрубки поступает вода, заранее обогащенная кислородом. Волны сжатия-растяжения возникают в зазоре между стенками корпуса устройства и кавитатора. Этот объем очень мал, количество пузырьков также мало, а значит, эффективность обработки воды невысокая. Устройство предназначено для создания кавитационного эффекта и фильтрования, обеспечивающих очистку воды. Совмещение этих двух функций в одном корпусе привлекательно, но одновременно влечет следующие негативные последствия: недостаточное количество кислорода и малое время его контактирования с загрязнителями, содержащимися в воде, отсутствие условий для создания мелких пузырьков водных паров и газа приводят к тому, что двухвалентное железо плохо переходит в трехвалентное. Конструкция устройства в аналоге не позволяет достичь оптимальных размеров корпуса и находящихся в нем узлов для обеспечения эффективной очистки воды.An analogue in which the cavitation effect is used is a device for purifying water from iron according to the USSR copyright certificate No. 1502481, class. C 02 F 1/64 [6]. The device consists of a housing, filter loading and cavitator, made in the form of a cylinder, rod and vibrator. Using a cavitator, low-frequency oscillations are created, leading to the appearance of cavitation bubbles. Bubbles, collapsing, turn ferrous iron into ferric, which is deposited on the load. The disadvantages of the invention are low aeration efficiency and low reliability of the cavitator, because vibrators often fail due to rapid wear. From the description and claims, it is unclear how the air necessary for saturation of water enters the device. Apparently, water enriched with oxygen enters through the nozzles. Compression-tension waves arise in the gap between the walls of the device body and the cavitator. This volume is very small, the number of bubbles is also small, which means that the efficiency of water treatment is low. The device is designed to create a cavitation effect and filtering, providing water purification. The combination of these two functions in one housing is attractive, but at the same time entails the following negative consequences: insufficient oxygen and short contact time with pollutants contained in water, lack of conditions for the creation of small bubbles of water vapor and gas lead to the fact that ferrous iron does not pass well in trivalent. The design of the device in the analogue does not allow to achieve the optimal dimensions of the housing and the units inside it to ensure effective water treatment.
Наиболее близким к заявляемому по технической сути является станция приготовления питьевой воды по авт. свидетельству СССР №1574545. Станция содержит реакционную емкость, в которую поступает забортная вода. Емкость трубопроводами соединена с насосом и фильтром, фильтр соединен с эжектором. Эжектор соединен с озонатором. Расположенный вертикально эжектор вмонтирован в центр днища контактной колонны. В боковую стенку контактной колонны вмонтирован один конец циркуляционного трубопровода, а второй его конец вмонтирован в реакционную емкость. Циркуляционный провод снабжен запорным устройством. В крышку контактной колонны вмонтирован трубопровод для отвода очищенной воды. Одной из целей изобретения было повышение степени кондиционирования воды. Однако предлагаемая схема очистки не может обеспечить высокую степень удаления загрязнителей из воды, особенно при их большом содержании, по ряду причин. В станции по авт.св. №1574545 неудачно расположен фильтр. Он быстро загрязняется, что приводит к росту гидравлического сопротивления в системе, а это в свою очередь приводит к нестабильности потока воды, идущей через эжектор. При необходимости очистки (регенерации) фильтра необходимо полное отключение всей станции. Для улучшения контактирования с водой озоно-воздушной смеси задействован узел обработки воды, включающий реакционную емкость и контактную колонну. Это неэкономично с позиций металлоемкости и дополнительных затрат на трубопроводную систему. Конструкции внутренних частей, как реакционной емкости, так и контактной колонны, не могут обеспечить достаточного смешивания и времени контактирования воды, озона и воздуха. При движении через контактную колонну снизу вверх пузырьков газа они быстро укрупняются, и теряется достоинство тонкого диспергирования, достигнутого с помощью эжектора. Перемешивание очищаемой и озонированной воды в реакционной емкости осуществляется за счет создания структуры потока "идеального смешения" путем подбора соотношения подачи насоса и объема емкости. Это трудоемкая операция, требующая постоянного присутствия обслуживающего персонала (технолога). Нижнее расположение озонатора, соединенного с эжектором, имеет следующий конструкционный недостаток: в случае непредвиденной остановки насоса вода из колонны под действием своего давления может поступать через трубопровод в озонатор и может вывести его из строя. Отбор очищенной воды через трубопровод, вмонтированный в крышку колонны, т.е. вверху, затруднен из-за сильного пенообразования в верхней части колонны. Недостатком станции является отсутствие возможности длительной непрерывной ее работы: необходимы остановки для реактивации фильтра. В аналоге предусмотрен только один насос, с помощью которого осуществляется и циркуляция, и отвод к потребителю очищенной воды. Это означает, что в случае остановки насоса нельзя производить отбор очищенной воды. В станции нет блока разложения остаточного озона, что недопустимо с позиции экологического и санитарно-гигиенического контроля.Closest to the claimed in technical essence is a station for the preparation of drinking water by ed. USSR certificate No. 1574545. The station contains a reaction vessel into which sea water enters. The capacity of the pipelines is connected to the pump and filter, the filter is connected to the ejector. The ejector is connected to the ozonizer. A vertically mounted ejector is mounted in the center of the bottom of the contact column. One end of the circulation pipe is mounted in the side wall of the contact column, and the other end is mounted in the reaction vessel. The circulation wire is equipped with a locking device. A pipeline is installed in the cover of the contact column for the removal of purified water. One of the objectives of the invention was to increase the degree of conditioning of water. However, the proposed treatment scheme cannot provide a high degree of removal of pollutants from water, especially when they are high in content, for several reasons. In the station by bus No. 1574545 the filter is poorly located. It is quickly contaminated, which leads to an increase in hydraulic resistance in the system, and this in turn leads to instability of the flow of water passing through the ejector. If it is necessary to clean (regenerate) the filter, a complete shutdown of the entire station is necessary. To improve the contact of ozone-air mixture with water, a water treatment unit is involved, including a reaction vessel and a contact column. This is uneconomical from the standpoint of metal consumption and additional costs for the pipeline system. The design of the internal parts of both the reaction vessel and the contact column cannot provide sufficient mixing and contact time of water, ozone and air. When moving through the contact column from the bottom up, gas bubbles are quickly enlarged, and the dignity of the fine dispersion achieved with the ejector is lost. Mixing of purified and ozonated water in the reaction vessel is carried out by creating the structure of the flow of "perfect mixing" by selecting the ratio of the pump flow and the volume of the tank. This is a time-consuming operation, requiring the constant presence of staff (technologist). The lower location of the ozonizer connected to the ejector has the following structural drawback: in the event of an unexpected stop of the pump, water from the column under the influence of its pressure can flow through the pipeline into the ozonizer and can damage it. The selection of purified water through a pipe mounted in the column cover, i.e. above, difficult due to strong foaming in the upper part of the column. The disadvantage of the station is the lack of the possibility of continuous continuous operation: stops are needed for reactivation of the filter. In the analogue, only one pump is provided, with the help of which both circulation and removal of purified water to the consumer is carried out. This means that if the pump stops, it is not possible to take purified water. The station does not have a residual ozone decomposition unit, which is unacceptable from the standpoint of environmental and sanitary-hygienic control.
Задача изобретения: создать высоконадежное устройство, обеспечивающее эффективную очистку воды от загрязнителей, преимущественно от железа.The objective of the invention: to create a highly reliable device that provides effective water purification from pollutants, mainly from iron.
Поставленная задача решается следующим образом. Аналогично известному, заявляемое устройство содержит узел обработки воды озоном с патрубком для подачи исходной воды и трубопроводом для отведения очищенной воды, насос, эжектор, соединенные между собой последовательно трубопроводами в циркуляционный контур, генератор озона, соединенный с эжектором, и фильтр. Но в отличие от прототипа в заявляемом устройстве узел обработки воды озоном выполнен в виде цилиндрической камеры с крышкой, при этом камера снабжена измерителем уровня воды, взаимодействующим с устройством включения/отключения подачи исходной воды при достижении ею соответственно нижнего или верхнего заданных уровней, и дополнительно содержит кавитатор, размещенный внутри камеры выше заданного верхнего уровня воды и выполненный в виде двух установленных друг над другом с зазором и жестко скрепленных между собой дисков одинакового диаметра, причем в верхнем диске выполнен центральный сквозной канал, жестко соединенный с трубопроводом, связывающим камеру окисления с эжектором, кроме того, на обращенных друг к другу поверхностях дисков выполнены выступы, расположенные концентрично и сужающиеся к зазору, при этом эжектор установлен над камерой, а фильтр соединен с трубопроводом для отвода очищенной воды, например посредством дополнительного насоса. Установка также дополнительно содержит манометр, установленный на трубопроводе между насосом и эжектором, и блок разложения остаточного озона, соединенный с камерой. Диски выполнены в форме тарелок.The problem is solved as follows. Similarly to the known, the inventive device comprises an ozone water treatment unit with a pipe for supplying source water and a pipe for discharging purified water, a pump, an ejector connected in series with each other by pipelines to the circulation circuit, an ozone generator connected to the ejector, and a filter. But unlike the prototype in the inventive device, the ozone water treatment unit is made in the form of a cylindrical chamber with a cover, while the camera is equipped with a water level meter that interacts with the device for switching on / off the source water supply when it reaches the lower or upper predetermined levels, respectively, and additionally contains a cavitator located inside the chamber above a predetermined upper water level and made in the form of two disks of the same installed one above the other with a gap and rigidly fastened to each other diameter, and in the upper disk there is a central through channel rigidly connected to the pipeline connecting the oxidation chamber to the ejector, in addition, on the surfaces of the disks facing each other there are protrusions arranged concentrically and tapering to the gap, while the ejector is mounted above the camera, and the filter is connected to a pipe for discharging purified water, for example by means of an additional pump. The installation also further comprises a pressure gauge mounted on the pipeline between the pump and the ejector, and a residual ozone decomposition unit connected to the chamber. The disks are made in the form of plates.
Таким образом, заявляемое устройство отличается от прототипа тем, чтоThus, the claimed device differs from the prototype in that
- в заявляемом устройстве фильтр соединен с трубопроводом отвода очищенной воды через дополнительный насос. Такое расположение фильтра позволяет обеспечить стабильность работы установки;- in the inventive device, the filter is connected to the pipeline for discharging purified water through an additional pump. This arrangement of the filter allows to ensure the stability of the installation;
- вместо двух устройств (реакционной емкости и контактной колонны) в заявляемом устройстве узел обработки воды выполнен в виде одного устройства - цилиндрической камеры с крышкой. Это позволяет снизить материалоемкость и уменьшить размеры установки, а следовательно, повышает надежность. Камера окисления служит своего рода окислительно-восстановительньм реактором с ультразвуковым кавитатором. В ней происходит окисление Fe+2, Mn+2 и других частиц, обладающих восстановительным характером, разрушение бактериальных клеток и обогащение (правильнее даже было бы применить термин "сверх обогащение") кислородом и озоном, что необходимо для последующих стадий обработки воды;- instead of two devices (reaction vessel and contact column) in the inventive device, the water treatment unit is made in the form of a single device - a cylindrical chamber with a cover. This allows you to reduce material consumption and reduce the size of the installation, and therefore, increases reliability. The oxidation chamber serves as a kind of redox reactor with an ultrasonic cavitator. It oxidizes Fe + 2 , Mn + 2 and other particles of a reducing nature, destroys bacterial cells and enriches (it would be more correct to use the term “over enrichment”) with oxygen and ozone, which is necessary for subsequent stages of water treatment;
- кавитатор состоит из двух одинаковых, предпочтительно металлических, дисков с выступами, расположенными концентрично на обращенных друг к другу поверхностях, диски установлены с зазором;- the cavitator consists of two identical, preferably metal, disks with protrusions located concentrically on facing each other surfaces, the disks are installed with a gap;
- выступы сужаются к зазору. Верхний диск имеет сквозной канал, жестко соединенный с трубопроводом, связывающим камеру окисления с эжектором, кроме того, на обращенных друг к другу поверхностях дисков выполнены выступы, расположенные концентрично и сужающиеся к зазору. Давление воды, поступившей по сквозному каналу от трубопровода в зазор, и сужение выступов в сторону зазора создают такие условия для движения водогазовой смеси от центра к периферии, которые обеспечивает высокую степень диспергирования и взаимодействия воды и газа. В заявляемом устройстве реализуется гидродинамическая кавитация. Известно, что она возникает в тех участках потока, где давление понижается до некоторого критического значения. Присутствующие в жидкости пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком жидкости и попадая в область давления с величиной меньше критического, приобретают способность к неограниченному росту. После перехода в зону пониженного давления рост прекращается, и пузырьки начинают уменьшаться. Если пузырьки содержат достаточно много газа, то при достижении ими минимального радиуса они восстанавливаются и совершают несколько циклов затухающих колебаний, а если мало, то пузырек схлопывается полностью в первом цикле [5]. Таким образом, вблизи обтекаемого тела, а в заявляемом устройстве - это выступ на пути движения воды, создается кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырек. Поскольку кавитатор имеет концентрично размещенные сужающиеся выступы, степень развития кавитации в заявляемом устройстве такова, что возникает и захлопывается множество пузырьков, и явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от нескольких сотен Гц до сотен кГц. Спектр расширяется в область низких частот по мере увеличения максимального радиуса пузырьков. Расчеты, проведенные для заявляемого устройства, показывают, что при развивающихся скоростях движения газоводных потоков (от 7,1 до 44,4 м/с) частоты возникающих колебаний достигают от сотен до десятка тысяч Гц. Это объясняется тем, что вода, поступившая в кавитатор, многократно расширяется, сжимается, попадая в пространство между выступами, испытывает удары. Быстрое сужение пространства с движущейся жидкостью вызывает резкое повышение давления, которое распределяет упругие волны сжатия по направлению против течения жидкости. Эта волна несет с собой энергию, полученную за счет кинетической энергии жидкости. Подход волны к выступу вызывает явление гидравлического удара. Сила удара больше у жидкости без неоднородностей и в присутствии мгновенных перекрытий. Обычно вслед за гидравлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий из-за понижения давления за фронтом ударной волны сжатия. Кавитационный удар возникает и на выходе воды из кавитатора, где образуется тонкая пленка. Микровзрывы пузырьков способствуют окислению содержащихся в воде загрязнителей, включая железо;- the tabs taper to a gap. The upper disk has a through channel rigidly connected to the pipeline connecting the oxidation chamber with the ejector; moreover, protrusions are arranged on the surfaces of the disks facing each other and arranged concentrically and tapering towards the gap. The pressure of the water flowing through the channel from the pipeline to the gap and the narrowing of the protrusions towards the gap create conditions for the movement of the gas-gas mixture from the center to the periphery, which provides a high degree of dispersion and interaction of water and gas. The claimed device implements hydrodynamic cavitation. It is known that it arises in those parts of the flow where the pressure decreases to a certain critical value. The gas or vapor bubbles present in the liquid, moving with the fluid flow and falling into the pressure region with a magnitude less than critical, acquire the ability to grow unlimitedly. After the transition to the zone of reduced pressure, growth stops, and the bubbles begin to decrease. If the bubbles contain a lot of gas, then when they reach the minimum radius, they are restored and make several cycles of damped oscillations, and if not enough, then the bubble collapses completely in the first cycle [5]. Thus, near the streamlined body, and in the inventive device is a protrusion in the path of water movement, creates a cavitation zone filled with moving bubbles. The contraction of the cavitation bubble occurs at a high speed and is accompanied by a sound pulse, the stronger, the less gas the bubble contains. Since the cavitator has concentrically arranged tapering protrusions, the degree of cavitation development in the inventive device is such that a lot of bubbles appear and collapse, and the phenomenon is accompanied by strong noise with a continuous spectrum from several hundred Hz to hundreds of kHz. The spectrum expands to the low frequency region as the maximum bubble radius increases. The calculations performed for the inventive device show that at developing speeds of the movement of gas-water flows (from 7.1 to 44.4 m / s), the frequencies of the resulting oscillations reach from hundreds to tens of thousands of Hz. This is due to the fact that the water entering the cavitator expands many times, contracts, getting into the space between the protrusions, experiences shock. The rapid narrowing of the space with a moving fluid causes a sharp increase in pressure, which distributes the elastic waves of compression in the direction against the flow of the fluid. This wave carries with it energy derived from the kinetic energy of a fluid. The approach of the wave to the protrusion causes the phenomenon of water hammer. The impact force is greater in a liquid without heterogeneities and in the presence of instantaneous overlaps. Usually followed by a hydraulic shock, a cavitation shock arises due to a decrease in pressure behind the front of the compression shock wave. Cavitation shock also occurs at the exit of water from the cavitator, where a thin film is formed. Microexplosions of the bubbles contribute to the oxidation of water pollutants, including iron;
- диски выполнены тарельчатыми. Форма тарелки усиливает эффект кавитации благодаря сужению дисков к краям;- discs are made disk-shaped. The shape of the plate enhances the effect of cavitation due to the narrowing of the discs to the edges;
- камера снабжена измерителем уровня воды, взаимодействующим с устройством включения/отключения исходной воды, что позволяет автоматизировать процесс очистки воды;- the camera is equipped with a water level meter that interacts with the source water on / off device, which allows you to automate the water treatment process;
- эжектор и генератор озона размещены над камерой окисления, т.е. не в нижней, а в верхней части узла обработки воды, что является более надежным при внештатных ситуациях. Такое расположение исключает возможность попадания воды в генератор озона при отключении установки;- an ejector and an ozone generator are placed above the oxidation chamber, i.e. not at the bottom, but at the top of the water treatment unit, which is more reliable in emergency situations. This arrangement eliminates the possibility of water entering the ozone generator when the unit is turned off;
- в заявляемом устройстве имеется блок разложения остаточного озона, что делает установку экологически безопасной;- in the inventive device has a decomposition unit of residual ozone, which makes the installation environmentally safe;
- дополнительно имеется манометр, установленный на трубопроводе между насосом и эжектором. По манометру осуществляется включение и выключение генератора озона, что повышает надежность его работы.- additionally there is a manometer mounted on the pipeline between the pump and the ejector. On the manometer, the ozone generator is turned on and off, which increases the reliability of its operation.
Отличия от прототипа подтверждают новизну заявляемого устройства.Differences from the prototype confirm the novelty of the claimed device.
В известных заявителям кавитаторах кавитационные процессы происходят под влиянием внешнего воздействия (пьезоэффект, вынужденные колебания). В заявляемом устройстве благодаря соединению эжектора с кавитатором, когда эжектор находится над кавитатором, и наличию зазора между дисками кавитационные процессы происходят за счет давления самой воды, получившей большую скорость струй в эжекторе. Такие устройства, в которых кавитационные процессы происходили бы подобным образом, т.е. под действием воды, заявителям неизвестны. Этот факт позволяет судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого устройства.In cavitators known to the applicants, cavitation processes occur under the influence of external influences (piezoelectric effect, forced oscillations). In the inventive device, due to the connection of the ejector with the cavitator, when the ejector is above the cavitator, and the presence of a gap between the disks, the cavitation processes occur due to the pressure of the water itself, which has received a high speed of the jets in the ejector. Such devices in which cavitation processes would occur in a similar way, i.e. under the influence of water, the applicants are unknown. This fact allows us to judge the presence of inventive step in the inventive device.
Наличие изобретательского уровня подтверждает также то, что получен высокий технический результат (степень очистки воды более 90%), подтвержденный на практике. На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки для очистки воды озонированием, на фиг.2 - кавитатор.The presence of an inventive step also confirms that a high technical result is obtained (the degree of water purification is more than 90%), confirmed in practice. Figure 1 presents a diagram of the proposed installation for water purification by ozonation, figure 2 - cavitator.
Установка для очистки воды озонированием содержит камеру окисления 1 с крышкой 2, выполненную в виде закрытой цилиндрической емкости из нержавеющей стали. Камера окисления 1 в крышке 2 содержит патрубок 3 для исходной воды. Трубопроводы 4, 5, 6 образуют циркуляционный контур. Насос 7 (всасывающий патрубок) соединен с камерой окисления 1 трубопроводом 4. Насос 7 (нагнетательный патрубок) соединен с эжектором 8 посредством трубопровода 5. Перед эжектором 8 установлен манометр 9. Эжектор 8 соединен с генератором озона 10. Эжектор 8 соединен также с камерой окисления 1 трубопроводом 6, вмонтированным в центр крышки камеры окисления. В центре корпуса камеры окисления 1 вмонтирован кавитатор 11, жестко прикрепленный к крышке камеры. Трубопровод 6 наглухо соединен с центральным сквозным каналом верхнего диска 12 кавитатора 11 (фиг.2). Нижний диск 13 кавитатора 11 жестко скреплен болтами по окружности с верхним диском 12 и установлен с зазором по отношению к верхнему диску 12. На дисках 12, 13 выполнены выступы, расположенные концентрично. Выступы сужены к зазору. В крышку камеры окисления 1 вмонтирован трубопровод 14, соединяющий ее с блоком разложения остаточного озона 15. В стенку камеры окисления, в нижней ее части, вмонтирован измеритель уровня воды 16. Он соединен с устройством включения/отключения подачи исходной воды (на чертеже не показано). Насос 17 (всасывающий патрубок) соединен с камерой окисления 1 трубопроводом для отвода очищенной воды 18. Насос 17 (нагнетательный патрубок) соединен с фильтром 19. Очищенная вода отводится из фильтра к потребителю.Installation for water purification by ozonation contains an oxidation chamber 1 with a lid 2, made in the form of a closed cylindrical stainless steel tank. The oxidation chamber 1 in the cover 2 contains a pipe 3 for the source water.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исходная вода поступает в камеру окисления 1 через патрубок 3 и насосом 7 по трубопроводам 4 и 5, составляющим вместе с трубопроводом 6 циркуляционный контур, направляется в эжектор 8, где в камере смешения эжектора 8 благодаря чередующимся стадиям сжатия и разряжения поток разгоняется до большой скорости, происходит тонкое диспергирование газов и водяного пара, и вода насыщается воздухом и озоном, который вырабатывается в генераторе озона 10. Объем засасываемой в эжектор 8 озоновоздушной смеси достигает обычно 5 м3/ч (зависит от объема очищаемой воды). Концентрация озона в газоводной смеси, направляемой из эжектора 8 в камеру окисления 1, составляет 1-2% и более. Озон токсичен, поэтому избыточное его количество удаляется из камеры 1 известным способом в блоке разложения остаточного озона 15.The source water enters the oxidation chamber 1 through the pipe 3 and the pump 7 through the pipelines 4 and 5, which together with the
Обогащенная озоном вода по трубопроводу 6, являющемуся одним из трубопроводов циркуляционного контура, направляется в кавитатор 11, расположенный в камере окисления 1. Зазор между дисками, специфический угол наклона выступающих граней (сужение к зазору) создают особые условия для движения воды, попавшей в кавитатор через сквозной канал верхнего диска 12. Поступив через трубопровод в центральную часть кавитатора 11, вода под давлением движется от центра к периферии. При этом она многократно последовательно расширяется и сжимается, испытывая механические удары, завихрения, попадая в пространство между выступами, дает тонкую пленку при выходе из зазора между дисками. Это обеспечивает высокую степень диспергирования воды и газа, образующих систему "газ/жидкость" с коллоидно-дисперсным и грубодисперсным состоянием газовой фазы. В состав газовой фазы входят озон, кислород, водяной пар. Турбулентные потоки насыщенной кислородом воды с большой скоростью вырываются из кавитатора по окружности и падают с высоты ~800 мм при высоте емкости ~2 м. Затем вода, прошедшая кавитационное устройство, соединяется с остальной частью воды, находящейся в нижней части камеры окисления. Таким образом, обеспечиваются условия для интенсивного смешивания воды с газом. При этом концентрации кислорода и озона, находящихся как в истинно растворенном состоянии, так и в виде мелкодисперсных пузырьков в коллоидном состоянии, достигают максимально высоких значений. В камере окисления происходит многократное обращение воды, диспергирование озоно- воздушноводяной смеси, активно протекают окислительные процессы. Это обеспечивает высокую эффективность удаления на фильтре окислившихся и скоагулированных загрязнителей. Обычная растворимость кислорода и озона в воде невелика (около 1 г/дм3 при 25°С), в заявляемом устройстве концентрация озона, как показали эксперименты, достигает 10-20 г/дм3. Чем выше степень дисперсности озона, тем эффективнее протекает обработка воды.Water enriched with ozone through a
Полученная водогазовая смесь многократно циркулирует через эжектор и кавитатор благодаря насосу 7. При этом автоматически контролируются давление (манометром 9) и уровень воды (измерителем 16) в системе, что исключает возникновение внештатных ситуаций, так как устройство автоматически отключается в случае нарушения заданного режима работы (устройство управления, включающая устройство включения/отключения исходной воды, на схеме не показано). Управление может быть осуществлено с помощью компьютера. Верхний заданный уровень определяется исходя из местоположения кавитатора и объема камеры окисления. Обычно уровень воды составляет половину объема камеры 1. При достижении заданного верхнего уровня воды в камере окисления автоматически через устройство включения/отключения подачи исходной воды выключается насос, подающий исходную воду. Включение этого насоса происходит при достижении нижнего допустимого заданного уровня воды в камере, который определяется местоположением трубопроводов 4 и 18 и временем обработки воды. Включение и выключение насоса производится автоматически, на основе показаний измерителя уровня 16 (устройство управления в заявке не рассматривается). Измеритель 16 позволяет синхронизировать работу установки с подающим насосом. Общее время пребывания воды в камере окисления, необходимое для окисления всех восстановленных форм загрязнителей, составляет 10-30 мин и зависит от состава исходной воды. Интенсивность воздействия газовой окислительной смеси можно менять за счет варьирования производительности насоса 7.The resulting water-gas mixture is repeatedly circulated through the ejector and cavitator thanks to the pump 7. In this case, the pressure (with a manometer 9) and the water level (with a meter 16) in the system are automatically monitored, which eliminates the occurrence of emergency situations, since the device automatically shuts down in case of a violation of the specified operating mode ( a control device including a source water on / off device is not shown in the diagram). Management can be carried out using a computer. The upper target level is determined based on the location of the cavitator and the volume of the oxidation chamber. Typically, the water level is half the volume of chamber 1. Upon reaching a predetermined upper level of water in the oxidation chamber, the pump supplying the source water is automatically turned off through the source water on / off device. The inclusion of this pump occurs when the lower permissible set water level in the chamber is reached, which is determined by the location of pipelines 4 and 18 and the time of water treatment. The pump is turned on and off automatically, based on the readings of the level meter 16 (the control device is not considered in the application). The meter 16 allows you to synchronize the operation of the installation with the feed pump. The total residence time of water in the oxidation chamber, necessary for the oxidation of all reduced forms of pollutants, is 10-30 minutes and depends on the composition of the source water. The intensity of the gas oxidizing mixture can be changed by varying the performance of the pump 7.
Стабильность работы эжектора, хорошее смешивание газа с водой достигается благодаря отсутствию в циркуляционном контуре, объединенном трубопроводами 4, 5, 6, деталей и узлов, создающих изменяющееся гидравлическое сопротивление. Манометр 9 служит чувствительным элементом, показывающим, что по трубопроводам 5 и 6 идет водогазовая смесь. Манометр обеспечивает надежность включения и работы генератора озона.The stability of the ejector, good mixing of gas with water is achieved due to the absence in the circulation circuit, combined by
После достижения желаемого эффекта озонирования система с помощью гидравлических клапанов и затворов (не показаны) переключается на перекачивание воды насосом 17 в фильтр 19 для удаления осадка (преимущественно железосодержащего). Фильтр работает в автоматическом режиме, длительность фильтроцикла и регенерации задаются на основании контролируемых показателей. Система управления на фиг.1 не показана. Очищенная вода направляется к потребителю.After achieving the desired effect of ozonation, the system, using hydraulic valves and gates (not shown), switches to pumping water with pump 17 to filter 19 to remove sludge (mainly iron-containing). The filter operates in automatic mode, the duration of the filter cycle and regeneration are set on the basis of controlled indicators. The control system of figure 1 is not shown. Purified water is directed to the consumer.
В результате в единой системе реализованы преимущества эжекционного диспергирования и кавитации, чем достигается повышение эффективности насыщения воды воздухом и озоном, а вследствие этого увеличивается степень очистки воды.As a result, the advantages of ejection dispersion and cavitation are realized in a single system, which improves the efficiency of water saturation with air and ozone, and as a result, the degree of water purification increases.
Эффективность работы заявляемого устройства показана на примере его реализации при очистке природных вод с высоким содержанием железа.The effectiveness of the claimed device is shown by the example of its implementation in the purification of natural waters with a high iron content.
Пример 1. Очистка воды озонированием осуществлялась следующим образом. Вода, содержащая 6,14 мг/дм железа, из скважины насосом (не показан) подавалась в камеру окисления 1 высотой 2000 мм через патрубок 3 и заполняла камеру. Верхний уровень воды в камере окисления был задан от 800 до 1000 мм от дна. По трубопроводу 4 с помощью насоса 7 вода направляется в эжектор 8, где насыщается воздухом и озоном. Полученная газоводная смесь поступает в кавитатор 11, расположенный под крышкой камеры окисления на расстоянии 100 мм, диспергируется, подвергается гидродинамическому, ультразвуковому и другим воздействиям, соединяется с заполняющей камеру окисления водой. Высота падения газоводных струй (капель) составляет от 900 до 1100 мм. По мере движения струй происходит дополнительное дробление капель. Затем цикл (выделено курсивом) повторялся.Example 1. Water purification by ozonation was carried out as follows. Water containing 6.14 mg / dm of iron was pumped from the well by a pump (not shown) into the oxidation chamber 1 with a height of 2000 mm through the nozzle 3 and filled the chamber. The upper water level in the oxidation chamber was set from 800 to 1000 mm from the bottom. Through the pipeline 4 with the help of the pump 7, the water is directed to the ejector 8, where it is saturated with air and ozone. The resulting gas-water mixture enters the cavitator 11 located under the cover of the oxidation chamber at a distance of 100 mm, disperses, undergoes hydrodynamic, ultrasonic and other influences, and is connected to the water filling the oxidation chamber. The drop height of gas-water jets (drops) is from 900 to 1100 mm. As the jets move, additional droplet crushing occurs. Then the cycle (in italics) was repeated.
Получены следующие результаты:The following results were obtained:
Общая продолжительность аэрирования и озонирования составляет 20 мин, концентрация озона достигает 1,8%. В результате насыщения воды воздухом, озоном, кислородом происходит уничтожение микроорганизмов, окисление органических веществ, ионов двухвалентных железа, марганца и других низковалентных металлов, которые начинают переходить из растворимого в осажденное (твердое) состояние. Газообразные продукты окисления удаляются вместе с остаточным озоном через блок 15. Далее вода отводилась по трубопроводу 18 с помощью насоса 17 на дальнейшую очистку в фильтре 19. Экспериментальные результаты, свидетельствующие об улучшении качества воды после озонирования и фильтрования, представлены в таблице.The total duration of aeration and ozonation is 20 minutes, the ozone concentration reaches 1.8%. As a result of saturation of water with air, ozone, oxygen, the destruction of microorganisms occurs, the oxidation of organic substances, ions of divalent iron, manganese and other low-valent metals, which begin to pass from a soluble to a precipitated (solid) state. Gaseous oxidation products are removed together with residual ozone through unit 15. Next, water was discharged through line 18 using pump 17 for further purification in filter 19. Experimental results indicating the improvement of water quality after ozonation and filtration are presented in the table.
Пример 2. В установку подавалась подземная вода из скважины с содержанием ионов двухвалентного железа 2,12 мг/дм3. Давление в трубопроводе циркуляционного контура составляло 1,8 атм. Диаметр дисков кавитатора был равен 560 мм. Время обработки воды составляло 16 мин. Была достигнута концентрация озона в воде, равная 1,5%. Результаты, иллюстрирующие высокую эффективность очистки воды озонированием, приведены в таблице.Example 2. The installation was supplied with underground water from a well with a ferrous ion content of 2.12 mg / dm 3 . The pressure in the pipeline of the circulation circuit was 1.8 atm. The diameter of the cavitator disks was 560 mm. The water treatment time was 16 minutes. A concentration of ozone in water of 1.5% was achieved. The results illustrating the high efficiency of water purification by ozonation are shown in the table.
Уменьшение перманганатной окисляемости, снижение содержания железа и марганца в обработанной воде, что видно из таблицы, являются прямым доказательством хорошей очистки воды.A decrease in permanganate oxidizability, a decrease in the content of iron and manganese in the treated water, as can be seen from the table, are direct evidence of good water purification.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет значительно повысить эффективность очистки воды за счет увеличения количества передаваемого в жидкость воздуха и озона, продолжительности контакта газов с водой и степени диспергирования газов в воде.
Устройство прошло не только опытную отработку процесса, но и испытания в производственных условиях, которые показали высокую (90% и более) степень очистки воды от загрязнителей.The device passed not only experimental testing of the process, but also tests in production conditions, which showed a high (90% or more) degree of water purification from pollutants.
ЛитератураLiterature
1. Орлов В.А. Озонирование воды. - М.: Стройиздат, 1984, 88 с.1. Orlov V.A. Ozonation of water. - M.: Stroyizdat, 1984, 88 p.
2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1981. С.176-177, 180-181.2. Kulsky L.A., Strokach P.P. Technology of natural water purification. Kiev: Vishka school. 1981. P.176-177, 180-181.
3. Авторское свидетельство СССР №1495310, кл. С 02 F 1/78. №27, 1989.3. Copyright certificate of the USSR No. 1495310, cl. C 02 F 1/78. No. 27, 1989.
4. Авторское свидетельство СССР №1574545, кл. С 02 F 1/78. Б.И. №24, 1990.4. Copyright certificate of the USSR No. 1574545, class. C 02 F 1/78. B.I. No. 24, 1990.
5. Кнепп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. /Пер. с англ. - М.: Мир, 1974.5. Knepp R., Daily J., Hammit F. Cavitation. / Per. from English - M .: Mir, 1974.
6. Авторское свидетельство СССР №1502481, кл. С 02 F 1/64. Б.И. №31, 1989.6. Copyright certificate of the USSR No. 1502481, cl. C 02 F 1/64. B.I. No. 31, 1989.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003103915/15A RU2228916C1 (en) | 2003-02-10 | 2003-02-10 | Installation for water purification by ozone treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003103915/15A RU2228916C1 (en) | 2003-02-10 | 2003-02-10 | Installation for water purification by ozone treatment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2228916C1 true RU2228916C1 (en) | 2004-05-20 |
| RU2003103915A RU2003103915A (en) | 2004-08-27 |
Family
ID=32679483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003103915/15A RU2228916C1 (en) | 2003-02-10 | 2003-02-10 | Installation for water purification by ozone treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2228916C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646008C1 (en) * | 2017-04-19 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | Method of purification and mineralization of natural waters |
| DE202015009687U1 (en) | 2014-12-26 | 2019-03-08 | Sergey Vasil'evich Petrov | Mobile water purification station |
| CN111115787A (en) * | 2020-01-17 | 2020-05-08 | 南京昭凌精密机械有限公司 | Fusion device for preparing high-concentration carbonic acid spring |
| RU224112U1 (en) * | 2023-12-18 | 2024-03-18 | Инесса Анатольевна Миненко | WATER OZONATOR |
-
2003
- 2003-02-10 RU RU2003103915/15A patent/RU2228916C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202015009687U1 (en) | 2014-12-26 | 2019-03-08 | Sergey Vasil'evich Petrov | Mobile water purification station |
| RU2646008C1 (en) * | 2017-04-19 | 2018-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | Method of purification and mineralization of natural waters |
| CN111115787A (en) * | 2020-01-17 | 2020-05-08 | 南京昭凌精密机械有限公司 | Fusion device for preparing high-concentration carbonic acid spring |
| RU224112U1 (en) * | 2023-12-18 | 2024-03-18 | Инесса Анатольевна Миненко | WATER OZONATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8721898B2 (en) | Reactor tank | |
| RU2585635C1 (en) | Method for disinfection and cleaning of fluids and process line therefor | |
| KR100848117B1 (en) | Advanced water treatment equipment | |
| US20140116942A1 (en) | Air flotation and electrocoagulation system | |
| NL2021112B1 (en) | Micro-nano bubble generator | |
| US10046292B1 (en) | Gas infusion waste water treatment | |
| WO1999033552A1 (en) | Vapor/liquid mixer and polluted water purification apparatus using the mixer | |
| SG184575A1 (en) | A microbubble generator | |
| KR100694191B1 (en) | Apparatus for watertreatment | |
| US7052613B1 (en) | Method and device for purifying water | |
| JP2018521855A (en) | Apparatus and method for generating bubbles in a liquid | |
| RU2228916C1 (en) | Installation for water purification by ozone treatment | |
| US20060283805A1 (en) | Advanced separator system | |
| US20060283788A1 (en) | Tri-clone system | |
| RU2304561C2 (en) | Installation for purification and decontamination of the water | |
| US3311239A (en) | Aerobic waste treatment system | |
| RU2094394C1 (en) | Method of purification of natural water and sewage and plant for its implementation | |
| RU2524601C1 (en) | Apparatus for reagentless purification and disinfection of water | |
| RU2434814C1 (en) | Water treatment apparatus | |
| KR20200022960A (en) | Advanced treatment system having dissolved air floator using plasma ion gas | |
| JP3181523B2 (en) | Sewage purification equipment | |
| JP2003334432A (en) | Gas dissolving device and water treatment device and water treatment apparatus having these | |
| JP6429827B2 (en) | Raw water treatment equipment | |
| RU2355648C1 (en) | Drinking water preparation plant | |
| JP2016209800A (en) | Excess sludge weight loss device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080211 |