RU2374184C2

RU2374184C2 - Device for ozone treatment of drinking water

Info

Publication number: RU2374184C2
Application number: RU2006109044/15A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Лужков (RU); Юрий Михайлович Лужков; Юрий Семенович Соломонов (RU); Юрий Семенович Соломонов; Николай Васильевич Карягин (RU); Николай Васильевич Карягин; Валентин Михайлович Кулюкин (RU); Валентин Михайлович Кулюкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Московские озонаторы"
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2009-11-27
Also published as: RU2006109044A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to water treatment technology and can be used for ozone treatment of drinking water in centralised water supply systems. The device has an ozone gas mixture generator, a reservoir with a water supply system and a system for discharging water to the consumer, in the near-bottom part of which are fitted gas dispersing elements, connected by pipes with the ozone gas mixture generator. The gas dispersing elements are in form of hollow two-layered panels with a uniformly perforated top layer, uniformly fitted on the cross section of the reservoir and forming a bouble bottom and double bottom space - a high pressure zone between the bottom layer of the panels and the bottom of the reservoir. The gas dispersing elements are fitted with centres for swirling the water stream in form of slot-type swirl atomisers, inlet openings of which are linked with the double bottom space, outlet slot nozzles are placed above the perforated surface of gas-permeable elements and are parallel the said surface. The double bottom space is linked with the system for supplying water to the reservoir. One face of the panels is placed on corner hinged bearings, and the ozone gas mixture pipes are the axis of rotation of the corner hinged bearings of the gas dispersing elements.

EFFECT: proposed invention increases mass-transfer surface between water and the ozone gas mixture; also reduces operating costs by cutting time for decontaminating the reservoir.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике водоподготовки и может быть использовано для озонирования питьевой воды систем централизованного водоснабжения.The invention relates to techniques for water treatment and can be used for ozonation of drinking water of centralized water supply systems.

Из патентной литературы известно «Устройство для озонирования питьевой воды» по Авторскому свидетельству SU 1632951 от 07.03.91, МКИ5 C02F 1/78, являющееся прототипом.From the patent literature it is known "Device for the ozonation of drinking water" according to the Copyright certificate SU 1632951 from 07.03.91, MKI5 C02F 1/78, which is the prototype.

Устройство состоит из генератора озоно-газовой смеси, бассейна с системой подачи воды и системы слива воды потребителю. В придонной части бассейна установлены газодиспергирующие элементы (пористые диски), соединенные трубопроводом с генератором озоно-газовой смеси.The device consists of an ozone-gas mixture generator, a pool with a water supply system and a consumer water drainage system. In the bottom part of the basin, gas-dispersing elements (porous disks) are installed, connected by a pipeline to the ozone-gas mixture generator.

Недостатком прототипа является неравномерность диспергирования озоно-газовой смеси по поперечному сечению бассейна с образованием зон повышенной концентрации озона в воде и зон недостаточной концентрации, причем независимо от приведенного диаметра проходного сечения пор в диске, как показывает практика, пузырек озоно-газовой смеси отрывается от поверхности газодиспергирующего элемента при диаметре 2-4 мм, когда Архимедова сила превысит силу «прилипания» к поверхности газодиспергирующего элемента. При больших диаметрах пузырьков озоно-газовой смеси поверхность массообмена на разделе фаз «газ-жидкость» мала, и озон не в полной мере успевает поглотиться озонированной водой. На практике степень поглощения озона водой составляет 85-90%. Это происходит как вследствие конструктивных особенностей газодиспергирующих элементов, выполненных в виде пористых дисков, так и вследствие нерациональной организации прохождения обрабатываемой воды через бассейн. Нерастворенный в воде озон (10-15%) попадает в воздушную подушку бассейна над поверхностью воды, из которой удаляется, например, дожиганием. Одновременно конструкция по прототипу неудобна в обслуживании при проведении регламентной санитарной обработки бассейна из-за загромождения его днища трубопроводами и локальными диспергаторами.The disadvantage of the prototype is the uneven dispersion of the ozone-gas mixture over the cross section of the pool with the formation of zones of increased concentration of ozone in the water and zones of insufficient concentration, and regardless of the reduced diameter of the pore cross section in the disk, as practice shows, the ozone-gas mixture bubble is detached from the surface of the gas-dispersing element with a diameter of 2-4 mm, when the Archimedean force exceeds the force of "sticking" to the surface of the gas-dispersing element. With large diameters of the bubbles of the ozone-gas mixture, the mass transfer surface at the gas-liquid phase separation is small, and ozone does not fully manage to be absorbed by ozonated water. In practice, the degree of absorption of ozone by water is 85-90%. This occurs both due to the design features of gas-dispersing elements made in the form of porous disks, and due to the irrational organization of the passage of treated water through the pool. Ozone, which is not dissolved in water (10-15%), enters the air cushion of the pool above the surface of the water, from which it is removed, for example, by afterburning. At the same time, the prototype design is inconvenient to maintain during routine sanitary treatment of the pool due to clutter of its bottom with pipelines and local dispersants.

Целью изобретения является повышение эффективности озонирования воды за счет увеличения поверхности массообмена между водой и озоно-газовой смесью, а также снижения эксплуатационных затрат, в т.ч. путем сокращения времени проведения регламентной санитарной обработки бассейна.The aim of the invention is to increase the efficiency of ozonation of water by increasing the mass transfer surface between water and the ozone-gas mixture, as well as reducing operating costs, including by reducing the time for routine sanitation of the pool.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для озонирования питьевой воды, содержащем генератор озоно-газовой смеси, бассейн с системой подачи воды и системой слива потребителю, в придонной части которого установлены газодиспергирующие элементы, соединенные трубопроводами с генератором озоно-газовой смеси, газодиспергирующие элементы выполнены в виде пустотелых двухслойных панелей с равномерно перфорированным верхним слоем, установленных равномерно по поперечному сечению бассейна и образующих второе дно и междудонное пространство - зону повышенного давления - между нижним слоем панелей и днищем бассейна, газодиспергирующие элементы снабжены узлами закрутки водного потока в виде щелевых центробежных форсунок, входные отверстия которых сообщены с междудонным пространством, выходные - щелевые сопла - размещены над перфорированной поверхностью газопроницаемых элементов и параллельны ей, междудонное пространство сообщено с системой подачи воды в бассейн, при этом один из торцов панелей установлен на угловых шарнирных опорах, а трубопроводы озоно-газовой смеси являются осью вращения угловой шарнирной опоры газодиспергирующих элементов.This goal is achieved by the fact that in the device for ozonation of drinking water containing an ozone-gas mixture generator, a pool with a water supply system and a consumer drainage system, in the bottom part of which there are gas dispersing elements connected by pipelines to an ozone-gas mixture generator, gas dispersing elements are made in the form of hollow two-layer panels with a uniformly perforated top layer, installed uniformly along the cross section of the pool and forming a second bottom and double bottom the transference — the zone of increased pressure — between the lower layer of the panels and the bottom of the pool, gas-dispersing elements are equipped with swirl nodes of the water flow in the form of slotted centrifugal nozzles, the inlet openings of which are in communication with the double bottom space, the outlet — slotted nozzles — are placed above and parallel to the perforated surface of the gas-permeable elements, the double bottom space is communicated with a system for supplying water to the pool, with one of the ends of the panels mounted on angular articulated supports, and the ozone-gas pipelines with It is art the rotation axis angular pivot bearing gas dispersion elements.

В бассейне в плоскости уровня воды установлены приемные лотки, сообщающиеся с системой слива потребителю и опирающиеся на поперечные перегородки, разделяющие бассейн на отдельные секции над поверхностью газодиспергирующих элементов.In the pool, in the water level plane, receiving trays are installed, which communicate with the drainage system to the consumer and are based on transverse partitions that divide the pool into separate sections above the surface of the gas-dispersing elements.

Конструкция устройства поясняется чертежами.The design of the device is illustrated by drawings.

Фиг.1 - продольное сечение устройстваFigure 1 is a longitudinal section of a device

Фиг.2 - поперечное сечение устройстваFigure 2 - cross section of the device

Фиг.3 - вид на поверхность газодиспергирующих элементов (панелей).Figure 3 is a view of the surface of the gas-dispersing elements (panels).

Фиг.4 - поперечное сечение газодиспергирующего элементаFigure 4 is a cross section of a gas dispersing element

Фиг.5 - примеры выполнения узла закрутки водного потока. Вариант 1 и 2.5 - examples of the implementation of the node swirling water flow. Option 1 and 2.

Фиг.6 - вид сверху на газодиспергирующий элемент.6 is a top view of the gas dispersing element.

Устройство для озонирования питьевой воды (фиг.1) содержит генератор озоно-газовой смеси 1, бассейн 2 с системой 3 подачи воды и системой 4 слива потребителю. В придонной части бассейна 2 установлены газодиспергирующие элементы 5, соединенные трубопроводом 6 с генератором озоно-газовой смеси 1. Газодиспергирующие элементы 5 выполнены (фиг.4) в виде пустотелых двухслойных панелей с равномерно перфорированным верхним слоем 7 и установленные равномерно по поперечному сечению бассейна, образуя второе дно и междудонное пространство между нижнем слоем 8 панелей и днищем бассейна 2, которое является зоной повышенного давления (фиг.1), а один из торцов панелей 5 (газодиспергирующих элементов) (фиг.4) закреплен через угловые шарниры 9 на опорах, например боковой стенки бассейна 2. Газодиспергирующие элементы 5 снабжены узлами закрутки водного потока 10 в виде щелевых центробежных форсунок, входные отверстия 11 которых (фиг.5) сообщены с междудонным пространством, выходные 12 - щелевые сопла - размещены над перфорированной поверхностью 7 газодиспергирующих элементов 5 и параллельны ей, а междудонное пространство сообщено с системой 3 подачи воды в бассейн 2.A device for the ozonation of drinking water (figure 1) contains an ozone-gas mixture generator 1, a pool 2 with a water supply system 3 and a consumer drain system 4. In the bottom part of the pool 2 there are gas dispersing elements 5 connected by a pipe 6 to the ozone-gas mixture generator 1. The gas dispersing elements 5 are made (Fig. 4) in the form of hollow two-layer panels with a uniformly perforated upper layer 7 and installed uniformly along the cross section of the pool, forming the second bottom and the double bottom space between the lower layer 8 of the panels and the bottom of the pool 2, which is a pressure zone (Fig. 1), and one of the ends of the panels 5 (gas-dispersing elements) (Fig. 4) is fixed through angular hinges 9 on supports, for example, the side wall of the pool 2. Gas dispersing elements 5 are equipped with swirl nodes of the water stream 10 in the form of slotted centrifugal nozzles, the inlet openings 11 of which (Fig. 5) are in communication with the double bottom space, the outlet 12 - slot nozzles are placed above the perforated surface 7 of the gas-dispersing elements 5 and parallel to it, and the double bottom space is communicated with the system 3 for supplying water to the pool 2.

Щелевые центробежные форсунки 10 могут быть шнековыми (вар. 1, фиг.5) и обычными центробежными (вар. 2, фиг.5). Для удобства эксплуатации панели газодиспергирующих элементов 5 могут быть выполнены из двух и более частей, герметично соединенных между собой узлами фиксации 15 (фиг.4).Slotted centrifugal nozzles 10 can be auger (var. 1, figure 5) and conventional centrifugal (var. 2, figure 5). For ease of operation, the panels of gas dispersing elements 5 can be made of two or more parts hermetically connected to each other by fixation nodes 15 (Fig. 4).

Трубопроводы 6 озоно-газовой смеси могут быть закреплены вдоль боковых стенок бассейна 2, являясь осью вращения углового шарнира 9, установленного на опорах, например на боковой стенке бассейна 2.Pipelines 6 of the ozone-gas mixture can be fixed along the side walls of the pool 2, being the axis of rotation of the corner hinge 9 mounted on supports, for example on the side wall of the pool 2.

В бассейне 2 в плоскости уровня воды установлены приемные лотки 13, сообщающиеся с системой 4 слива потребителю.In the pool 2 in the plane of the water level, receiving trays 13 are installed, which communicate with the consumer drain system 4.

Газодиспергирующие элементы 5 (фиг.3) установлены равномерно и сплошь по всему поперечному сечению бассейна 2 на расстоянии h от днища бассейна, достаточном для прохода подаваемой в бассейн воды. При этом верхний уровень воды ограничен приемными лотками 13, для опоры которых могут быть использованы поперечные перегородки 14, делящие бассейн на две секции, см. также фиг.1 и 2. В зоне протекания массообменного процесса (над плоскостью газодиспергирующих элементов 5) перегородки 14 делят бассейн 2 на отдельные секции, в каждой из которых происходит свой газообменный процесс, а озонированная вода организованно поступает по лоткам 13 потребителю.Gas dispersing elements 5 (Fig. 3) are installed uniformly and all over the entire cross section of the pool 2 at a distance h from the bottom of the pool, sufficient for the passage of water supplied to the pool. In this case, the upper water level is limited by receiving trays 13, for support of which transverse partitions 14 can be used, dividing the pool into two sections, see also Figs. 1 and 2. In the zone of the mass transfer process (above the plane of the gas-dispersing elements 5), the partitions 14 are divided pool 2 into separate sections, each of which has its own gas exchange process, and ozonated water flows in an organized manner through trays 13 to the consumer.

В поперечном сечении В-В (фиг.4) панель представляет собой полую конструкцию, образованную верхним слоем 7 и нижним 8, соединенных между собой по периметру, например сваркой. Торец диспергирующего элемента (панели) 5, обращенный к торцевой стенке бассейна 2, закреплен, например, на трубопроводе 6 подвода озоно-газовой смеси от генератора 1, проходящем вдоль боковой стенки бассейна 2, с помощью углового шарнира 9 с обеспечением поступления в полость панели 5 озоно-газовой смеси (ОГС).In the cross section BB (Fig. 4), the panel is a hollow structure formed by the upper layer 7 and the lower 8, interconnected around the perimeter, for example by welding. The end face of the dispersing element (panel) 5, facing the end wall of the pool 2, is fixed, for example, on the pipeline 6 for supplying the ozone-gas mixture from the generator 1, passing along the side wall of the pool 2, using an angular hinge 9 to ensure entry into the cavity of the panel 5 ozone-gas mixture (OGS).

Верхний слой 7 панели 5 (фиг.4, 5) выполнен с равномерно-расположенными нормированными отверстиями диаметром, например, 50... 150 мкм. Проведенными экспериментальными исследованиями получено, что такими отверстиями обеспечивается диаметр пузырьков озоно-газовой смеси ~ 2...2,5 мм. Нижний слой 8 панели 5 выполнен сплошным.The upper layer 7 of the panel 5 (Fig.4, 5) is made with uniformly distributed normalized holes with a diameter of, for example, 50 ... 150 microns. It was found by experimental studies that such holes provide a diameter of bubbles of the ozone-gas mixture of ~ 2 ... 2.5 mm. The bottom layer 8 of the panel 5 is solid.

Для оптимальной организации подачи воды в бассейн дополнительно предусмотрены втулки 16, установленные в панелях 5 (см. фиг.4)For optimal organization of water supply to the pool, sleeves 16 are additionally provided, which are installed in panels 5 (see figure 4)

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Вода, поступающая в бассейн 2 через систему подачи воды 3, под напором ΔH поступает в междудонное пространство бассейна 2 и в полость щелевых центробежных форсунок 10, см. фиг.5, истекает через щелевое сопло 12 параллельно верхнему слою 7 панели 5. Избыток расхода воды может поступать в бассейн из междудонного пространства сквозь панели 5 по специально выполненным втулкам 16, фиг.4, и далее сливается через лотки 13 потребителю.The water entering the pool 2 through the water supply system 3, under pressure ΔH, enters the double bottoms of the pool 2 and into the cavity of the slotted centrifugal nozzles 10, see Fig. 5, flows through the slotted nozzle 12 parallel to the upper layer 7 of the panel 5. Excess water flow can enter the pool from the double bottom space through the panel 5 through specially made bushings 16, figure 4, and then merges through the trays 13 to the consumer.

Озоно-газовая смесь поступает от генератора озона 1, фиг.1, по трубопроводам 6 во внутреннюю полость газодиспергирующих элементов 5, фиг.4, и диспергируется через отверстия в верхнем слое 7 панели 5 в водный массив бассейна 2. При этом пузырьки озоно-газовой смеси смываются струей воды, истекающей из щелевого сопла 12 центробежной форсунки 10, фиг.5, на стадии образования, до их самостоятельного отрыва под воздействием Архимедовой силы, при меньшем диаметре пузырька.The ozone-gas mixture is supplied from the ozone generator 1, Fig. 1, through pipelines 6 into the internal cavity of the gas-dispersing elements 5, Fig. 4, and is dispersed through holes in the upper layer 7 of the panel 5 into the water mass of the pool 2. At the same time, the ozone-gas bubbles the mixtures are washed off by a stream of water flowing out of the slotted nozzle 12 of the centrifugal nozzle 10, Fig. 5, at the stage of formation, until they separate themselves under the influence of the Archimedean force, with a smaller diameter of the bubble.

На «сухом» бассейне в процессе регламентной санитарной обработки бассейна диспергирующие элементы 5 переводятся в вертикальное положение в соответствии с фиг.2 вращением в угловых шарнирах 9, фиг.4, установленных на трубопроводах озоно-газовой смеси 6.On the "dry" pool in the course of routine sanitary treatment of the pool, the dispersing elements 5 are translated into a vertical position in accordance with figure 2 by rotation in the corner joints 9, figure 4, installed on the pipelines of the ozone-gas mixture 6.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что при расходе воды через форсунку G_в=450 г/с и расходе озоно-газовой смеси, равном G_r=400 л/ч, диаметр пузырьков газовой смеси уменьшается с 1,7 мм (без расхода воды через форсунку) до ~ 1,3 мм, т.е. поверхность массообмена увеличивается в 1,7/1,3=1,3 раза (см. отчет ЗАО «Московские озонаторы» по НИОКР «Теоретические и экспериментальные исследования по повышению эффективности массообмена озоно-воздушной смеси с водным массивом путем ее диспергирования в тангенциально закрученных водных потоках». М., 2005 г.).Experimental studies show that the flow of water through the nozzle _in G = 450 g / s and a flow rate of ozone-gas mixture is equal to G _r = 400 l / h, the diameter of the bubbles of the gas mixture decreases from 1.7 mm (without water flow through the nozzle ) to ~ 1.3 mm, i.e. the mass transfer surface increases 1.7 / 1.3 = 1.3 times (see the report of Moscow Ozonizers CJSC on R&D “Theoretical and experimental studies on increasing the efficiency of mass transfer of the ozone-air mixture with the water mass by dispersing it in tangentially swirling water flows. ”M., 2005).

С применением узлов тангенциальной закрутки водного потока в виде центробежных форсунок в результате испытаний на промышленном бассейне Восточной водопроводной станции МГУП «Мосводоканал» получена степень поглощения озона водой, равная 99,5% (см. тот же отчет).Using nodes of tangential swirling of the water flow in the form of centrifugal nozzles, as a result of tests at the industrial basin of the Eastern water station of MGUP Mosvodokanal, a degree of absorption of ozone by water equal to 99.5% was obtained (see the same report).

Claims

1. Устройство для озонирования питьевой воды, содержащее генератор озоно-газовой смеси, бассейн с системой подачи воды и системой слива потребителю, в придонной части которого установлены газодиспергирующие элементы, соединенные трубопроводами с генератором озоно-газовой смеси, отличающееся тем, что газодиспергирующие элементы выполнены в виде пустотелых двухслойных панелей с равномерно перфорированным верхним слоем, установленных равномерно по поперечному сечению бассейна и образующих второе дно и междудонное пространство - зону повышенного давления между нижним слоем панелей и днищем бассейна, газодиспергирующие элементы снабжены узлами закрутки водного потока в виде щелевых центробежных форсунок, входные отверстия которых сообщены с междудонным пространством, выходные - щелевые сопла размещены над перфорированной поверхностью газопроницаемых элементов и параллельны ей, междудонное пространство сообщено с системой подачи воды в бассейн, при этом один из торцев панелей установлен на угловых шарнирных опорах, а трубопроводы озоно-газовой смеси являются осью вращения угловой шарнирной опоры газодиспергирующих элементов.1. A device for the ozonation of drinking water containing an ozone-gas mixture generator, a pool with a water supply system and a consumer drainage system, in the bottom of which gas dispersing elements are installed, connected by pipelines to an ozone-gas mixture generator, characterized in that the gas dispersing elements are made in in the form of hollow two-layer panels with a uniformly perforated top layer, installed uniformly along the cross section of the pool and forming a second bottom and double bottom space - zone n increased pressure between the lower layer of the panels and the bottom of the pool, gas-dispersing elements are equipped with swirl nodes of the water flow in the form of slotted centrifugal nozzles, the inlet openings of which are in communication with the double bottom space, the output - slotted nozzles are placed above and parallel to the perforated surface of the gas-permeable elements, the double bottom space is communicated with the system water supply to the pool, while one of the ends of the panels is mounted on angular articulated supports, and the pipelines of the ozone-gas mixture are the axis in the expansion of the angular hinge support of gas dispersing elements.

2. Устройство для озонирования питьевой воды по п.1, отличающееся тем, что в бассейне в плоскости уровня воды установлены приемные лотки, сообщающиеся с системой слива потребителю и опирающиеся на поперечные перегородки, разделяющие бассейн на отдельные секции над поверхностью газодиспергирующих элементов. 2. The device for ozonation of drinking water according to claim 1, characterized in that in the pool in the water level plane, receiving trays are installed, communicating with the drainage system to the consumer and resting on the transverse partitions dividing the pool into separate sections above the surface of the gas-dispersing elements.