УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ

Изобретение относится к области химической очистки воды, а более конкретно - к установкам для озонирования воды.
В последнее время в мире все чаще происходят различные катаклизмы природного характера: цунами, смерчи, наводнения. Это приводит к огромным человеческим жертвам, разрушениям не только зданий и сооружений, но и систем жизнеобеспечения городов и населенных пунктов. Кроме того, наряду с природными явлениями с каждым годом число техногенных катастроф увеличивается на 10%. Эти явления приводят к загрязнению окружающей среды, делают привычные для нас источники водоснабжения непригодными для организации водоснабжения. В чрезвычайных ситуациях возникает проблема восстановления подачи воды населению в кратчайшие сроки.
Отсутствие в зоне бедствия доброкачественной питьевой воды проводит к возникновению эпидемий, и как следствие, к многочисленным человеческим потерям, что затрудняет проведение аварийно-спасательных работ.
Для решения проблемы обеспечения населения и подразделений спасательных служб питьевой водой в зоне чрезвычайных ситуаций, за рубежом и в России создано большое количество малых водоочистных устройств.
Известна установка «Архимед» для очистки природных вод, включающая блок синтеза озона, аппарат «фильтр-озон», который в одном корпусе имеет контактную камеру озонирования и фильтровальную кассету (см. Водоснабжение и санитарная техника (ВСТ) «Установка очистки воды «АРХИМЕД - 1». - М.: Стройиздат, №5. - 1997, 33 с.).
Недостатком данной установки является ее малая эффективность, связанная с потерей вырабатываемого озона в соединительных коммуникациях, малым фильтроциклом.
Известна установка для очистки природных вод, включающая в себя насосную станцию первого подъема, гидроциклон, смесительное устройство, основной реактор озонирования, дополнительный реактор озонирования (см. Патент RU №2010014, C02F 1/78 «Установка для очистки природных вод» опубл. 30.03.1994 г.).
Недостатком данной установки является ее громоздкость, большое количество соединительных коммуникаций и, как следствие, невысокая надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому устройству, является устройство для обработки воды, состоящее из корпуса, охлаждающей рубашки, высоковольтного и низковольтного электродов, элемента подачи высокого напряжения. Охлаждающая рубашка разделена сетками на три секции, средняя из которых заполнена фильтрующим материалом (см. Патент RU №2311348, C02F 1/78, С02В 13/11 «Устройство для обработки воды», опубл. 27.11.2007 г.).
Недостатком данной установки является ее малая эффективность, связанная с непродолжительным фильтроциклом при повышенной мутности обрабатываемой воды.
Технический результат от использования - повышение эффективности обработки воды за счет увеличения фильтроцикла при повышенной мутности обрабатываемой воды.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве обработки воды, включающем корпус, охлаждающую рубашку с патрубками подачи и отвода воды, высоковольтный и низковольтный электроды с разрядной зоной, элемент подачи высокого напряжения, патрубок подвода сжатого осушенного газа, патрубок отвода озона, эжектор и патрубок подачи исходной воды, охлаждающую рубашку корпуса, разделенную поддерживающими и водопроницаемыми сетками на три секции, одна из которых заполнена фильтрующим материалом, нижняя часть корпуса выполнена в виде конуса, при этом патрубок подачи исходной воды подведен к нижней части корпуса тангенциально и устройство дополнительно снабжено патрубком сброса осадка.
Угол наклона стенок конусной части составляет 30°-35°.
На чертеже показано устройство для обработки воды.
Устройство состоит из корпуса 1, нижняя часть которого выполнена в виде конуса 2, охлаждающей рубашки 3, высоковольтного электрода 4, низковольтного электрода 5, разрядной зоны 6, патрубка подвода сжатого осушенного газа 7, патрубка отвода озона 8, патрубка тангенциальной подачи исходной воды 9, эжектора 10, патрубка отвода обработанной воды 11, поддерживающих водопроницаемых сеток 12, секции исходной воды 13, средней секции 14, заполненной фильтрующим материалом, секции обработанной воды 15, элемента подачи высокого напряжения 16 и патрубка сброса осадка 17.
Устройство для обработки воды работает следующим образом.
Сжатый и осушенный газ подается по патрубку 7 в разрядную зону 6, образованную высоковольтным электродом 4 и низковольтным электродом 5. В результате подачи высокого напряжения на элемент 16 возникает электрический коронный разряд, под действием которого в разрядной зоне 6 происходит синтез озона.
Полученный озон по патрубку отвода озона 8 через эжектор 10, размещенный на патрубке тангенциальной подачи исходной воды 9, вводится в исходную воду. Полученная смесь воды и озона поступает в секцию исходной воды 13. За счет тангенциального подвода исходной воды в конусной нижней части 2 корпуса 1 устройства создается вихревое движение воды. Под действием гравитационных сил взвешенные вещества отбрасываются к стенкам и сползают в нижнюю конусную часть 2 корпуса 1, откуда удаляются через патрубок сброса осадка 17. В результате из обрабатываемой воды удаляются грубодисперсные взвешенные вещества. Таким образом, мутность исходной воды снижается, что в значительной степени продлевает срок эксплуатации фильтрующей загрузки - фильтроцикл.
Смесь воды и озона подается в охлаждающую рубашку 3, разделенную на секции 13, 14, и 15 с помощью поддерживающих водопроницаемых сеток 12. Через нижнюю поддерживающую сетку 12 вода равномерно распределяется по средней секции 14, заполненной фильтрующим материалом. После фильтрации обработанная вода из секции обработанной воды 15 отводится через патрубок отвода обработанной воды 11.
Корпус и поддерживающие сетки устройства изготавливаются из пищевой нержавеющей стали. В качестве низковольтного электрода может быть использована труба из нержавеющей стали, вваренная в корпус устройства. Высоковольтный электрод изготавливается из малощелочного стекла с токопроводящей внутренней поверхностью. В качестве элемента высокого напряжения может служить малогабаритный трансформатор или автомобильная бабина Б-116 с напряжением 12w.
Определение угла конусности.
Для определения оптимального угла конусности а был проведен эксперимент. Исходная вода проходила полный цикл очистки при этом менялось днище с различными углами конусности а. Доза озона 5 мг/л. В качестве фильтрующей загрузки использовался активированный уголь марки АГ-3.
2
Исходная вода (мутность - 120 мг/л, окисляемость - 11 мг O/л, общий органический углерод - 13,2 мг/л, общее микробное число - 9000 шт/мл) подавалась в опытные образцы устройства с различными углами конусности: 20°, 30°, 35°, 40°, 45°.
В результате проведенных исследований оптимальные углы конусности - 30°-35°. Принимать угол конусности менее 30° нецелесообразно, т.к. увеличиваются габариты конструкции, что приводит к удорожанию устройства. Увеличение угла конусности более 35 не приводит к достижению указанного технического результата.
Результаты представлены в таблице 1.
Для подтверждения эффективности предлагаемого устройства, его работа сравнивалась с работой прототипа.
Пример. Исходная вода обрабатывалась, на устройствах - прототипе и предлагаемом устройстве.
Качество воды после очистки проверялось по мутности (ГОСТ 3351-74); наличию в ней органических соединений (окисляемость, общий органический углерод) и по эффекту обеззараживания (общее микробное число). Кроме того, определялся срок эффективной работы фильтрующей загрузки - фильтроцикл.
2
На момент проведения эксперимента исходная вода характеризовалась следующими показателями: мутность - 120 мг/л, окисляемость - 10,8÷11,0 мг O/л, общий органический углерод (ООУ) 13,0-13,2 мг/л, общее микробное число (ОМЧ) 9000 шт/мл.
Доза озона составила 5 мг/л. В качестве фильтрующей загрузки использовался активированный уголь марки АГ - 3.
В качестве прототипа использовалось устройство для обработки воды (Патент RU №2311348, C02F 1/78, С01В 13/11, опубл. 27.11.2007 г.). Режимы обработки воды в прототипе и предлагаемом устройстве следующие: доза озона 5 мг/л, в качестве фильтрующей загрузки использовался активированный уголь марки АГ-3, угол конусности в предлагаемом устройстве составлял α=35°.
Результаты обоснования эффекта очистки приведены в таблице 2.
Таблица 1.
Показатели качества воды
Исходная вода
Угол конусности α, град.
20°
25°
30°
35°
37°
40°
45°
Мутность, мг/л
120
1,00
0,73
0,49
0,51
1,27
1,30
1,41
Окисляемость, мгО<sub>2</sub>/л
11,0
1,80
1,75
1,65
1,60
1,87
1,95
2,00
Общий органический углерод, мг/л
13,2
6,95
6,76
6,65
6,61
6,99
7,12
7,20
Общее микробное число, шт/мл
9000
0
0
0
0
0
0
0
Таблица 2.
Показатели качества воды
Исходная вода
Прототип
Новая конструкция
Время проведения эксперимента, сут.
Время проведения эксперимента, сут.
1
3
5
7
10
1
3
5
7
10
Мутность, мг/л
120
1,40
1,55
1,90
3,50
16
0,50
0,50
0,70
0,90
1,20
Окисляемость, мгО<sub>2</sub>/Л
11,00
1,95
2,39
3,71
4,92
5,65
1,64
1,72
1,83
1,91
2,16
Общий органический углерод, мг/л
13,20
8,95
9,15
9,76
10,53
11,54
6,63
6,88
7,16
7,32
7,92
Общее микробное число, шт/мл
9000
0
0
19
41
93
0
0
0
0
0
На основании полученных данных видно, что на устройстве-прототипе нестандартная проба воды по мутности была получена на третьи сутки, а на десятые сутки эксперимента мутность составила 16 мг/л, что превысило ПДК в 10,5 раз.
В результате исследований установлено, что предлагаемое устройство позволяет повысить эффект очистки по мутности, по органическим соединениям: общему органическому углероду и окисляемости на 12,3%, 27,4% и 32,2% соответственно (на 10 сутки работы). Вода после предлагаемого устройства была стерильна.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность обработки воды за счет увеличения фильтроцикла при повышенной мутности обрабатываемой воды.
Больший эффект, по сравнению с прототипом обнаруживается при длительных сроках эксплуатации устройства (7 и более суток), что кроме значительного экологического эффекта предполагает и экономический эффект (увеличение срока службы активированного угля).