RU2685300C1 - Фотокаталитический реактор - Google Patents
Фотокаталитический реактор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685300C1 RU2685300C1 RU2018100353A RU2018100353A RU2685300C1 RU 2685300 C1 RU2685300 C1 RU 2685300C1 RU 2018100353 A RU2018100353 A RU 2018100353A RU 2018100353 A RU2018100353 A RU 2018100353A RU 2685300 C1 RU2685300 C1 RU 2685300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- cone
- diameter
- water
- flange
- Prior art date
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 12
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 239000013566 allergen Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000011086 high cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
- B01J19/123—Ultraviolet light
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/241—Stationary reactors without moving elements inside of the pulsating type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/50—Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/74—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области фотокатализа, основанного на способности катализаторов активироваться под действием света или ультрафиолетового излучения и ускорять различные реакции. Фотокаталитический реактор содержит корпус с патрубками подачи очищаемой воды 2 и вывода получаемых продуктов 5, 6, в котором размещены одна или несколько ламп 8 и элементы диспергирования загрязнений 9, 13, патрубок подачи воды 2 подсоединен к корпусу по типу гидроциклона по касательной к его внутренней цилиндрической поверхности с примыкающей к ней конической поверхностью, при этом диаметр цилиндрической поверхности примерно в 5 раз больше диаметра подающего патрубка, сечение профиля которого в зоне примыкания к корпусу по высоте и ширине соответствует примерно 3:1, коническая часть корпуса направлена вверх и по центру нижней крышки 7, закрывающей нижний цилиндрический участок конического корпуса, установлена кварцевая трубка с размещенной в ней ультрафиолетовой лампой 8, длина кварцевой трубки с лампой обеспечивает площадь прохода жидкости между ней и стенками конической поверхности корпуса не менее площади сечения подающего патрубка, на конической части корпуса расположены каскады диспергаторов 9, представляющих собой два ряда насверленных по периметрам двух уровней конуса отверстий 10, при этом торец конуса совпадает с плоскостью соединенного с ним фланца 12, к которому соосно с выходным отверстием конуса прикреплен диспергатор в виде цилиндрического колпачка 13, донце которого выполнено из пластины, а соединяемые с фланцем 12 стенки колпачка - из свернутой в трубку сетки, причем к фланцу 12 также прикреплена верхняя цилиндрическая часть корпуса реактора в форме трубы 4 с зеркальной внутренней поверхностью, в центре которой расположена закрепленная на крышке трубы через вставку-удлинитель 15 кварцевая трубка с лампой 8, и выше кварцевой трубки на стенке трубы размещен патрубок для отвода воды 5, а патрубок для отвода газообразной фракции 6 размещен вертикально на верхней крышке трубы, в нижней части трубы 4 установлен экран в форме опрокинутого усеченного конуса 16 с диаметром основания конуса, равным диаметру трубы, а отверстие вершины усеченного конуса обеспечивает свободное надевание экрана 16 на колпачок 13 и прилегание экрана 16 к фланцу 12. Технический результат состоит в обеспечении возможности качественной очистки воды от органических и бактерицидных загрязнений с высокой скоростью осуществления непрерывного процесса за счет его активации путем особой организации потоков перекачиваемой через реактор воды и диспергирования находящихся в ней загрязнений. Фотокаталитический реактор имеет простую и технологичную для изготовления конструкцию. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области фотокатализа, основанного на способности катализаторов активироваться под действием света или ультрафиолетового излучения и ускорять различные реакции, в частности окисление органических веществ кислородом до воды и углекислого газа. Фотокаталитические реакторы могут использоваться для очищения различных сред, в частности воды, от вредных примесей, которыми часто являются органические вещества, от вредоносных микроорганизмов, для удаления нежелательных запахов и т.п.
Для очистки воды от органических загрязнений, давно и успешно в реакторах используются лампы с ультрафиолетовым излучением. Примером такого типа реактора является устройство для дезинфекции воды по патенту RU 2521055. Оно содержит корпус в виде стакана с входным и выходным па-трубками, внутри которого расположена камера обеззараживания с заключенной в закрытый кварцевый кожух ультрафиолетовой лампой. Вода, обтекающая кварцевый кожух, подвергается воздействию ультрафиолетового излучения и обеззараживается от вирусов, бактерий, плесени и аллергенов. Недостатком такого устройства является малая производительность очистки воды, обусловленная тем, что для обеспечения времени, достаточного для гарантированного завершения процесса очистки, скорость протекания воды мимо лампы должна быть низкой.
Серийно выпускаемые профессиональные установка УФ-обработки воды типа ЛИТ Master DUV-5A500-N MST, и подобные, содержат длинные лампы цилиндрической формы, размещаемые в кварцевых трубках в прямо-точном корпусе. Это удлиняет время воздействия на очищаемую воду ультрафиолетовых излучений, но, тем не менее, высокая производительность очистки возможна только при большом количестве параллельно включенных ламп и общем живом сечении потока воды, т.е. больших габаритах реактора.
Для увеличения скорости протекания процессов очистки воды и расширения номенклатуры удаляемых загрязнений применяют катализаторы. Наиболее часто в качестве катализатора используют диоксид титана TiO2 в суспендированном состоянии, или закрепленном на инертном носителе. В первом случае обеспечивается большая площадь освещаемой поверхности катализатора, но требуется дополнительная стадия отделения катализатора на мембранных фильтрационных установках для возвращения частиц катализатора в процесс.
При оптической накачке зерен фотокатализатора происходит генерация в объеме полупроводника, которым является TiO2, электрон-дырочных пар, с последующей диффузией этих химически активных частиц на поверхность зерен, контактирующих с водой или воздухом. При выходе на поверхность электрон-дырочные пары взаимодействуют с молекулами кислорода и воды, рождая последовательность реакций окисления, что обеспечивает интенсивный процесс очистки воды или воздуха.
Известен фотокаталитический реактор [Бюллетень ЕАПО (21)200900592, авторы Фостер Нейл Роберт (GB), Бассити Курош (FR), Дементьев В.Н. (RU)]. Реактор выполнен в виде вертикально расположенной трубы с патрубками для подвода и отвода очищаемой жидкости и соосно расположенной лампой, к стенкам которой примыкают расположенные в разных ярусах перфорированные элементы. В перфорированных элементах поднимающимся потоком пузырьков воздуха поддерживаются во взвешенном состоянии множество подвижных частиц фотокатализатора, размер и плотность которых таковы, что при работе реактора они остаются на перфорированном элементе. В верхней части реактора скапливается воздух аэрации и газовая фракция продуктов реакции. Для выпуска газов из реактора предусмотрен специальный клапан. Фотокаталитический реактор может быть использован для очистки сточных вод с использованием диоксида титана.
Недостатком данного реактора является то, что при его использовании необходимо поддерживать точный баланс активности потока подаваемой для очистки воды в реактор и потока воздуха, подаваемого для барбатажа воды и удержания частиц во взвешенном состоянии в перфарированных элементах. При невыполнении этого условия частицы или будут придавливаться к сетке (мембране), плохо освещаться и минимально участвовать в фотокаталитических реакциях, или выбрасываться за пределы перфарированных элементов, что приводит к выбыванию частиц катализатора из процесса.
Некоторые принципы действия рассматриваемого реактора использованы в предлагаемой конструкции фотокаталитического реактора, дополненного конструктивными элементами, обеспечивающими активацию протекающих процессов за счет эффекта кавитации в потоке очищаемой жидкости.
Известен гидродинамический кавитационный реактор по патенту RU 2091157, содержащий проточную камеру с конфузором и расширяющимися ступенчато участками, в которых расположены кавитаторы в виде конусов с направлением вершины в сторону набегающего потока жидкости. За счет разряжения, образующегося за конусом, в жидкости образуются кавитационные каверны, при захлопывании которых возникают пульсации давлений в жидкости, что приводит к деструкции загрязнений, находящихся в жидкости. Обеспечение этого процесса в фотокаталитическом реакторе будет способствовать более глубокой и быстрой очистке жидкости.
Задачей изобретения является создание простой и технологичной в изготовлении конструкции фотокаталитического реактора, обеспечивающего производительную и качественную очистку воды с бактерицидными и углеводородными загрязнениями.
Предлагаемый фотокаталитический реактор показан на фиг. 1.
Реактор состоит из нижней части корпуса 1 с патрубком 2 подачи очищаемой воды и патрубком 3 подачи через регулируемый жиклер воздуха, необходимого для осуществления окислительных процессов, и верхней части корпуса 4 с патрубком 5 вывода очищенной воды и патрубком 6 вывода газов. Патрубок подачи воды подсоединен к корпусу по типу гидроциклона по касательной к его внутренней цилиндрической поверхности с примыкающей к ней конической поверхностью. Диаметр цилиндрической поверхности примерно в 5 раз больше диаметра подающего патрубка, сечение профиля которого в зоне примыкания к корпусу по высоте и ширине соответствует примерно 3:1. По высоте патрубок расположен в непосредственной близости к нижней плоскости цилиндрической поверхности корпуса. Патрубок подачи воздуха, также как и патрубок подачи воды, подсоединен к корпусу по типу гидроциклона по касательной к его внутренней цилиндрической поверхности по направлению циркуляции воды в корпусе. По высоте патрубок расположен в непосредственной близости к верхней плоскости цилиндрической поверхности и примыкания к ней конической поверхности корпуса.
Коническая поверхность нижней части корпуса направлена вверх, а по центру нижней крышки 7, закрывающей цилиндрическую часть корпуса, установлена кварцевая трубка 8 с размещенной в ней ультрафиолетовой лампой. Длина трубки обеспечивает площадь прохода жидкости между ней и стенками конической поверхности корпуса не менее площади сечения подающего патрубка.
На конической части корпуса расположены каскады диспергаторов 9, представляющих собой два ряда насверленных по периметрам двух уровней конуса отверстий 10 диаметром примерно 0,2 диаметра подающего патрубка и расстоянием между осями отверстий по периметру конуса примерно равным 2-ум диаметрам отверстия, а расстояние по высоте между уровнями рядов отверстий примерно равно 7-ми диаметрам отверстий. В диспергаторе с наружной стороны конуса имеется пространство 11 для перетекания жидкости между рядами отверстий, ограниченное кожухом, герметично соединенным с поверхностью конуса, а нижняя кромка кожуха находится на уровне нижних кромок отверстий нижнего ряда и поверхность кожуха выполнена в виде фаски под углом 45° к поверхности конуса.
Высота конической части корпуса назначается из условия обеспечения выходного диаметра отверстия конуса равного 1,0- 1,5 диаметра подводящего патрубка. Торец конуса совпадет с плоскостью соединенного с ним фланца 12, к которому соосно с выходным отверстием конуса прикреплен диспергатор загрязнений воды в виде цилиндрического колпачка 13, донце которого выполнено из пластины, а соединяемые с фланцем стенки колпачка - из свернутой в трубку сетки.
Фланец используется также для крепления к нему верхней части корпуса реактора в форме цилиндрической трубы с зеркальной внутренней поверхностью, в центре которой расположена закрепленная на крышке 14 через вставку-удлинитель 15 кварцевая трубка с лампой. При этом патрубок для отвода воды размещен на стенке трубы выше кварцевой трубки, а патрубок для отвода газов размещен на верхней крышке трубы. В нижней части трубы установлен экран 16 в форме опрокинутого усеченного конуса с диаметром основания конуса равным диаметру трубы, а отверстие вершины усеченного конуса обеспечивает свободное надевание экрана на колпачок и прилегание экрана к фланцу 12.
Снизу и соосно с патрубком отвода газа, накапливающимся в реакторе, имеется клапан 17, связанный с поплавком 18, подвижно установленным в корпусе клапана 19, ограничивающем перемещение клапана по вертикали из положения «закрыт» в положение «открыт» и смещение оси клапана от оси патрубка. В корпусе клапана имеются отверстия 20, обеспечивающие втекание и вытекание воды, воздействующей на поплавок.
Функционирование фотокаталитического реактора осуществляется следующим образом. При включенных лампах в кварцевых трубках 8, насосом (на фиг. 1 не показано) по патрубку 2 очищаемая вода, суспендированная мелкодисперсным порошком катализатора, подается в нижнюю часть корпуса по касательной к внутренней цилиндрической поверхности корпуса. После этого через патрубок 3 с регулируемым жиклером подается в реактор воздух от компрессора (на фиг. 1 не показано), в количестве, достаточном для осуществления окислительных реакций в процессе очистки воды от имеющегося там вида загрязнения. Если для процесса очистки достаточно воздуха, растворенного в воде в естественных условиях при атмосферном давлении, то подачу воздуха не производят.
Поток воды, вращаясь вокруг кварцевой трубки 8 с ультрафиолетовой лампой, переходит на коническую поверхность и увеличивает скорость своего вращения по мере продвижения в сторону вершины конуса. Находясь в зоне диспергатора, часть потока воды начинает циркулировать через отверстия верхнего и нижнего яруса.
Работа диспергатора в виде двух рядов отстоящих друг от друга по высоте конуса отверстий может быть пояснена следующими расчетами. Если принять радиус нижнего сечения конуса R1, а радиус выше расположенного сечения R2 и радиус кварцевой трубки, проходящей соосно с осью конуса, r, то при спиральном движении потока жидкости по внутренней поверхности конуса возникает давление центробежных сил, выражаемое формулой: где ρ - плотность жидкости, ω - угловая скорость вращения потока жидкости. За один полный оборот (угол ϕ1=2π) жидкости в зоне отверстий диметром d нижнего сечения конуса проходит объем жидкости Из условия неразрывности потока тот же объем жидкости за тот же промежуток времени в зоне насверленных отверстий верхнего яруса будет совершать вращение и проходить угол Угловые скорости вращения потока в сечениях за единицу времени t составят:
Зная скорости вращения можно рассчитать центробежное давление потока жидкости на стенки конуса. Следует учесть, что проходящий над отверстиями поток жидкости имеет динамическое давление, которое по принципу пульверизатора пытается «отсосать» жидкость из отверстия. Величина динамического давления выражается формулой где V=ωR - это линейная скорость.
Используя эти выражения можно найти общее давление жидкости P01 в зоне нижнего яруса отверстий, а также в зоне верхнего яруса - Р02 и составить их отношение, откуда следует: то есть Р02>Р01.
Поскольку отверстия верхнего яруса через полость диспергатора соединяются с отверстиями нижнего яруса, вода будет вытекать через отверстия верхнего яруса и втекать в отверстия нижнего яруса. Это движение направлено поперек потока воды, вращающегося внутри конуса, и будет «кувыркать» его, что способствует активации диспергирования проходящих через реактор загрязнений воды и ускорению фотокаталитического процесса. Очевидно, что общий путь вращающейся в конусе воды и время облучения воды ультрафиолетовыми излучениями увеличиваются. Частицы катализатора, участвуя во вращательном движении, освещаются со всех сторон, и за счет кинетической энергии движения с большой скоростью при разной плотности частиц и углеводородных загрязнений, частицы сталкиваются с молекулами загрязнений и активно разрушают их. Поскольку в воде присутствует в нужном количестве подаваемый через регулируемый жиклер воздух, активированные ультрафиолетовым излучением частицы катализатора окисляют загрязнения, переводя их в газ.
При перетекании очищаемой воды из нижней части корпуса реактора в верхнюю часть, струя воды проходит диспергатор загрязнений в виде цилиндрического колпачка 13, донце которого выполнено из пластины, а соединяемые с фланцем стенки колпачка - из свернутой в трубку сетки. При большой скорости протекании воды через сетку в затеняемых ее элементами участках потока в жидкости образуются кавитационные каверны, при захлопывании которых возникают пульсации давлений в жидкости. Это также приводит к деструкции находящихся в жидкости загрязнений. Обеспечение такого процесса в фотокаталитическом реакторе способствует более глубокой и быстрой очистке жидкости.
Перетекая в верхнюю часть корпуса, представляющую собой трубу, диаметр которой, например, в 10 раз больше диаметра патрубка подачи воды, скорость движения воды в трубе при равных расходах по объему уменьшается в 100 раз, соответственно увеличивается время для осуществления фотокаталитического процесса. Это способствует также более глубокой и качественной очистке от загрязнений воды, которая через патрубок 5 отводится в мембранный фильтр (на фиг. 1 не показано), отделяющий частицы катализатора с последующим их направлением к насосу, закачивающему очищаемую воду и подающему ее в реактор. Для лучшего использования излучений лампы внутренняя поверхность трубы верхней части корпуса отшлифована до зеркального состояния.
Установленный в нижней части трубы экран 16 в форме опрокинутого усеченного конуса, прилегающего к стенке трубы и фланцу 12, исключает выпадение под действием гравитации частиц катализатора в осадок в застойных зонах объема верхней части корпуса реактора.
Скапливающийся в верхней части корпуса газ как продукт окисления загрязнений очищаемой воды и излишки воздуха, подаваемого через патрубок с регулируемым жиклером, выпускается через патрубок 6. Это происходит в том случае, когда занимаемый газом объем снизит уровень воды в трубе верхней части реактора и поплавок 18 под собственным весом опустится вниз до упора в донную часть корпуса 19. При этом связанный с поплавком клапан 17 откроет выход газа из реактора в патрубок 6. По мере выхода газа и освобождения пространства верхней части реакторы уровень воды будет повышаться, что приведет к всплыванию поплавка 18 и закрытию клапана 17. Таким образом, выпуск газа будет происходить периодически по мере его образования в фотокаталитическом процессе и накопления в верхней части корпуса.
Открытие клапана возможно при нарушении граничного условия баланса силы тяжести поплавка в сборе с клапаном, направленной вниз, и силы давления газа, прижимающей закрытый клапан вверх к седлу клапана, выполненного по диаметру проходного сечения патрубка 6.
Преимуществом предлагаемого фотокаталитического реактора является возможность качественной очистки воды от органических и бактерицидных загрязнений с высокой скоростью осуществления непрерывного процесса за счет его активации путем особой организации потоков перекачиваемой через реактор воды и диспергирования находящихся в ней загрязнений.
Фотокаталитический реактор имеет простую и технологичную для изготовления конструкцию.
Claims (4)
1. Фотокаталитический реактор, содержащий корпус с патрубками подачи очищаемой воды и вывода получаемых продуктов, в котором размещены одна или несколько ламп и элементы диспергирования загрязнений, патрубок подачи воды подсоединен к корпусу по типу гидроциклона по касательной к его внутренней цилиндрической поверхности с примыкающей к ней конической поверхностью, при этом диаметр цилиндрической поверхности примерно в 5 раз больше диаметра подающего патрубка, сечение профиля которого в зоне примыкания к корпусу по высоте и ширине соответствует примерно 3:1, отличающийся тем, что коническая часть корпуса направлена вверх и по центру нижней крышки, закрывающей нижний цилиндрический участок конического корпуса, установлена кварцевая трубка с размещенной в ней ультрафиолетовой лампой, длина кварцевой трубки с лампой обеспечивает площадь прохода жидкости между ней и стенками конической поверхности корпуса не менее площади сечения подающего патрубка, на конической части корпуса расположены каскады диспергаторов, представляющих собой два ряда насверленных по периметрам двух уровней конуса отверстий, при этом торец конуса совпадает с плоскостью соединенного с ним фланца, к которому соосно с выходным отверстием конуса прикреплен диспергатор в виде цилиндрического колпачка, донце которого выполнено из пластины, а соединяемые с фланцем стенки колпачка - из свернутой в трубку сетки, при этом к фланцу также прикреплена верхняя цилиндрическая часть корпуса реактора в форме трубы с зеркальной внутренней поверхностью, в центре которой расположена закрепленная на крышке трубы через вставку-удлинитель кварцевая трубка с лампой, и выше кварцевой трубки на стенке трубы размещен патрубок для отвода воды, а патрубок для отвода газообразной фракции размещен вертикально на верхней крышке трубы, при этом в нижней части трубы установлен экран в форме опрокинутого усеченного конуса с диаметром основания конуса, равным диаметру трубы, а отверстие вершины усеченного конуса обеспечивает свободное надевание экрана на колпачок и прилегание экрана к фланцу.
2. Фотокаталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что отверстия конуса выполнены с диаметром примерно 0,2 диаметра подающего патрубка и с расстоянием между осями отверстий по периметру, примерно равным двум диаметрам отверстия, а расстояние по высоте между уровнями рядов отверстий примерно равно семи диаметрам отверстий, при этом с наружной стороны конуса имеется пространство для перетекания жидкости между рядами отверстий, ограниченное кожухом, герметично соединенным с поверхностью конуса, а нижняя кромка кожуха находится на уровне нижних кромок отверстий нижнего ряда и поверхность кожуха выполнена в виде фаски по углом 45° к поверхности конуса.
3. Фотокаталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что высоту конической части корпуса устанавливают из условия обеспечения выходного диаметра отверстия конуса, равного 1,0-1,5 диаметра подводящего патрубка.
4. Фотокаталитический реактор по п. 1, отличающийся тем, что снизу и соосно с патрубком отвода газовой фракции, получаемой в реакторе, имеется клапан, связанный с поплавком, подвижно установленным в корпусе клапана, ограничивающем перемещение клапана по вертикали из положения «закрыт» в положение «открыт» и смещение оси клапана от оси патрубка, при этом в корпусе клапана имеются отверстия, обеспечивающие втекание и вытекание воды, воздействующей на поплавок.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100353A RU2685300C1 (ru) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Фотокаталитический реактор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100353A RU2685300C1 (ru) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Фотокаталитический реактор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2685300C1 true RU2685300C1 (ru) | 2019-04-17 |
Family
ID=66168455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100353A RU2685300C1 (ru) | 2018-01-09 | 2018-01-09 | Фотокаталитический реактор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2685300C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA200900592A1 (ru) * | 2006-10-25 | 2010-02-26 | ЮВиПиЭс ИНВАЙРОНМЕНТЛ СОЛЮШЕНЗ ЛИМИТЕД | Фотокаталитический реактор |
US20100200515A1 (en) * | 2009-12-24 | 2010-08-12 | Iranian Academic Center for Education, Culture & Research (ACECR) | Treatment of the refinery wastewater by nano particles of tio2 |
MD186Z (ru) * | 2009-07-27 | 2010-11-30 | Государственный Университет Молд0 | Фотокаталитический реактор для очистки воды |
-
2018
- 2018-01-09 RU RU2018100353A patent/RU2685300C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA200900592A1 (ru) * | 2006-10-25 | 2010-02-26 | ЮВиПиЭс ИНВАЙРОНМЕНТЛ СОЛЮШЕНЗ ЛИМИТЕД | Фотокаталитический реактор |
MD186Z (ru) * | 2009-07-27 | 2010-11-30 | Государственный Университет Молд0 | Фотокаталитический реактор для очистки воды |
US20100200515A1 (en) * | 2009-12-24 | 2010-08-12 | Iranian Academic Center for Education, Culture & Research (ACECR) | Treatment of the refinery wastewater by nano particles of tio2 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7294257B2 (en) | Water filter | |
US5800704A (en) | Foam flotation protein separatior | |
US6036863A (en) | Reactor for use in water treatment and micro film carriers for use in connection with said treatment as well as a method for operating the reactor | |
US20150265973A1 (en) | Gas Scouring Apparatus for Immersed Membranes | |
CN110446540A (zh) | 过滤器组件 | |
KR101236062B1 (ko) | 다상흐름식 탈취장치 | |
CN114025884A (zh) | 用于流体净化装置的螺旋形分离装置 | |
RU2685300C1 (ru) | Фотокаталитический реактор | |
GB2422793A (en) | A liquid filtration system | |
KR101298691B1 (ko) | 수족관 정수장치 | |
KR20170115421A (ko) | 마이크로 버블링 회절 스크러버 | |
JP2011078967A (ja) | 濾過体及び浄水器 | |
CA3075447A1 (en) | Apparatus for filtering liquids | |
CN1824613B (zh) | 多孔管式处理水流出组件及利用该组件的处理水流出装置 | |
KR101790872B1 (ko) | 고도 정수처리 시스템 | |
RU2469000C1 (ru) | Устройство для очистки сточных вод | |
US11260324B2 (en) | Apparatus for filtering liquids | |
JPH06269772A (ja) | 浄水装置 | |
RU182587U1 (ru) | Установка фотокаталитической очистки воды | |
JP4334387B2 (ja) | 排水処理装置 | |
RU2509733C1 (ru) | Устройство для очистки сточных вод | |
CN214400150U (zh) | 废水处理*** | |
CN215250159U (zh) | 一种景观水池净化设备 | |
RU2769426C1 (ru) | Гидроциклонный аэротенк с аэробной стабилизацией избыточного активного ила | |
RU2806791C1 (ru) | Устройство для очистки и обеззараживания воды |