Устройство для формирования микропузырьков и система очистки загрязненной воды, содержащая устройство для формирования микропузырьков
MICROBUBBLE GENERATING DEVICE AND CONTAMINATED WATER PURIFYING SYSTEM PROVIDED WITH MICROBUBBLE GENERATING DEVICE

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для формирования микропузырьков и системе очистки загрязненной воды, содержащей устройство для формирования микропузырьков.
Уровень техники
[0002] До сих пор в различных областях применялась жидкость, содержащая микроскопические воздушные пузырьки, именуемые микропузырьками, имеющие диаметр 0,5 мм или менее, и были предложены различные устройства для формирования в жидкости микропузырьков (см. Патентная литература, источник №1). Устройство для формирования микропузырьков содержит смешивающее устройство, снабженное трубкой Вентури. В смешивающем устройстве газ втягивается ниже по потоку относительно горловины трубки Вентури для формирования воздушных пузырьков, при этом жидкость и воздушные пузырьки доставляются по трубопроводу, подсоединенному ниже по потоку относительно смешивающего устройства, в распределительное устройство, по мере того, как воздушные пузырьки растворяются в жидкости. Трубка Вентури распределительного устройства снова ускоряет жидкость и воздушные пузырьки, при этом струйный поток, посредством которого смешиваются микропузырьки, нагнетается из наконечника форсунки, обеспеченного ниже по потоку относительно распределительного устройства.
Список цитируемых источников
Патентная литература
[0003] Источник №1: JPH 06-093991 B
Сущность изобретения
Техническая задача
[0004] Микропузырьки поднимаются в жидкости вместе с загрязняющими частицами и т.п., прикрепленными к ним. Такое свойство микропузырьков в последнее время вызвало интерес, и были предприняты попытки очищения загрязненной воды посредством обеспечения прикрепления загрязняющих частиц к микропузырькам, сформированным устройством для формирования микропузырьков, и обеспечения подъема указанных микропузырьков с прикрепленными к ним загрязняющими частицами. Что касается этих попыток, для возможности более эффективного прикрепления загрязняющих частиц к микропузырькам, были предприняты попытки направить поток загрязненной воды непосредственно в устройство для формирования микропузырьков с целью формирования микропузырьков из загрязненной воды. Однако в устройстве для формирования микропузырьков канал для подачи газа в смешивающее устройство обычно содержит отверстие, выполненное в поверхности стенки, образующей канал для потока жидкости внутри смешивающего устройства таким образом, чтобы указанное отверстие было перпендикулярно направлению потока жидкости. Таким образом, когда загрязненная вода направляется непосредственно в устройство для формирования микропузырьков, загрязняющие частицы застряют, в частности, вблизи выхода канала для подачи газа, что вскоре приводит к недопустимой непригодности для эксплуатации устройства для формирования микропузырьков.
[0005] Настоящее изобретение было выполнено для решения вышеуказанной задачи и обеспечивает устройство для формирования микропузырьков, способное формировать микропузырьки из загрязненной воды.
Решение задачи
[0006] Устройство для формирования микропузырьков согласно настоящему изобретению содержит канал для потока жидкости, через который протекает жидкость под давлением, выпускной канал, через который выходят сформированные микропузырьки и жидкость, горловину, соединяющую канал для потока жидкости и выпускной канал, площадь поперечного сечения которой меньше площади поперечного сечения канала для потока жидкости или выпускного канала, и канал для подачи газа в канал для потока жидкости или горловину, при этом канал для подачи газа имеет выпускной конец, который открывается в сторону по течению потока жидкости.
[0007] В устройстве для формирования микропузырьков согласно настоящему изобретению канал для подачи газа имеет выпускной конец, который открывается в сторону по течению потока жидкости. В частности, канал для подачи газа имеет конструкцию, препятствующую легкому затеканию жидкости в канал для подачи газа, за исключением случаев, когда жидкость течет в обратном направлении. Эта конструкция препятствует легкому затеканию жидкости в канал для подачи газа при обычным потоке жидкости. Следовательно, даже когда содержащая загрязняющие частицы загрязненная вода нагнетается в качестве жидкости, загрязняющие частицы не попадают в канал для подачи газа, таким образом предотвращая забивание канала для подачи газа. Таким образом, даже когда загрязненная вода нагнетается непосредственно в устройство для формирования микропузырьков, микропузырьки формируются из загрязненной воды.
[0008] Канал для подачи газа устройства для формирования микропузырьков может быть выполнен в виде трубки. В этой конструкции трубка может быть расположена таким образом, чтобы выпускной конец открывался в сторону по течению потока жидкости. Таким образом легко обеспечивается канал для подачи газа.
[0009] В устройстве для формирования микропузырьков трубка имеет L-образную форму, при этом выпускной конец выполнен на горизонтальном участке трубки. Горизонтальный участок расположен параллельно направлению потока жидкости, при этом выпускной конец расположен в горловине. В этой конструкции трубка, образующая канал для подачи газа, занимает часть площади поперечного сечения горловины, уменьшая площадь поперечного сечения, через которое проходит поток в горловине. Иными словами, площадь поперечного сечения, через которое проходит поток, горловины легко изменяется посредством простого изменения диаметра трубки. Следовательно, скорость потока жидкости в горловине легко регулируется, что позволяет легко регулировать количество формируемых микропузырьков.
[0010] Система очистки загрязненной воды согласно настоящему изобретению содержит вышеописанное устройство для формирования микропузырьков, емкость с загрязненной водой для подачи загрязненной воды в устройство для формирования микропузырьков и емкость флотации для осуществления флотации микропузырьков, выпускаемых из устройства для формирования микропузырьков.
[0011] Устройство для формирования микропузырьков системы очистки загрязненной воды согласно настоящему изобретению способно формировать микропузырьки из загрязненной воды, следовательно, обеспечивается возможность нагнетания загрязненной воды (жидкости), вытекающей из емкости с загрязненной водой, непосредственно в устройство для формирования микропузырьков, а также возможность нагнетания микропузырьков, выпускаемых из устройства для формирования микропузырьков, в емкость флотации. Если применяется устройство для формирования микропузырьков, которое не способно формировать микропузырьки из загрязненной воды, загрязненная вода и микропузырьки должны нагнетаться в емкость флотации по отдельности. Однако в этом нет необходимости в системе очистки загрязненной воды согласно настоящему изобретению, поэтому система очистки загрязненной воды может быть упрощена.
Преимущества изобретения
[0012] Устройство для формирования микропузырьков согласно настоящему изобретению способно формировать микропузырьки из загрязненной воды.
Краткое описание чертежей
[0013]
Фиг. 1 - вид в продольном разрезе устройства для формирования микропузырьков согласно одному из воплощений настоящего изобретения.
Фиг. 2 - схематическое изображение системы очистки загрязненной воды согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - вид в продольном разрезе устройства для формирования микропузырьков согласно другому воплощению настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид в продольном разрезе устройства для формирования микропузырьков согласно еще одному воплощению настоящего изобретения.
Описание воплощений изобретения
[0014] Ниже описано одно из воплощений устройства 10 для формирования микропузырьков согласно настоящему изобретению со ссылкой на сопровождающие чертежи.
[0015] Как показано на Фиг. 1, устройство 10 для формирования микропузырьков содержит канал 11 для потока жидкости, через который протекает жидкость под давлением, выпускной канал 12, через который выпускаются сформированные микропузырьки, и горловину 13, соединяющую канал 11 для потока жидкости и выпускной канал 12. Канал 11 для потока жидкости, горловина 13, и выпускной канал 12 последовательно соединены, образуя канал, через который проходит поток, для жидкости, протекающей из канала 11 для потока жидкости. Горловина 13 имеет цилиндрическую форму с диаметром, меньшим, чем диаметр канала 11 для потока жидкости или выпускного канала 12, и имеет площадь поперечного сечения, через которое проходит поток, меньшую, чем площадь поперечного сечения канала 11 для потока жидкости или выпускного канала 12. Канал 11 для потока жидкости образован участком 11 а цилиндрической формы с диаметром, большим, чем диаметр горловины 13, и участком 11b в форме усеченного конуса с диаметром, который постепенно уменьшается в направлении к горловине 13, т.е., который в направлении к горловине 13 становится тоньше. Выпускной канал 12 образован участком 12а в форме усеченного конуса с диаметром, который постепенно увеличивается до большего диаметра в направлении от горловины 13, т.е., который от горловины 13 становится толще, и участком 12b цилиндрической формы с большим диаметром.
[0016] Конец канала 11 для потока жидкости со стороны, противоположной горловине 13, соединен с первым трубопроводом 4 для доставки жидкости в канал 11 для потока жидкости из емкости для хранения жидкости, такой как емкость 2 с загрязненной водой, показанная на Фиг. 2. Также, конец выпускного канала 12 со стороны, противоположной горловине 13, соединен со вторым трубопроводом 5 для доставки микропузырьков в емкость, такую как емкость 3 флотации, показанная на Фиг. 2, для выпуска микропузырьков, сформированных устройством 10 для формирования микропузырьков.
[0017] Устройство 10 для формирования микропузырьков дополнительно содержит канал 14 для подачи газа в канал 11 для потока жидкости или горловину 13. Канал 14 для подачи газа выполнен в виде трубки. Эта трубка имеет L-образную форму и выполнена из горизонтального участка 141 и вертикального участка 142, выполненного вертикально от одного конца горизонтального участка 141. Другой конец горизонтального участка 141 служит в качестве выпускного конца 143 для выпуска газа, а другой конец вертикального участка 142, не соединенный с горизонтальным участком 141, служит в качестве впускного конца 144, через который нагнетается газ.
[0018] Канал 14 для подачи газа введен через отверстие, выполненное в поверхности стенки, образующей канал 11 для потока жидкости. Выпускной конец 143 расположен в горловине 13, а горизонтальный участок 141 расположен параллельно потоку жидкости. В этом случае горизонтальный участок 141 предпочтительно расположен в тесном контакте с поверхностью стенки, образующей горловину 13.
[0019] Далее описан способ формирования микропузырьков с применением выполненного таким образом устройства 10 для формирования микропузырьков. Сначала жидкость под давлением нагнетается посредством известного из уровня техники насоса из емкости для хранения жидкости в канал 11 для потока жидкости через первый трубопровод 4. В это же время газ подается в горловину 13 из канала 14 для подачи газа. Поскольку статическое давление внутри горловины 13 является относительно отрицательным, газ естественным образом втягивается в горловину 13 через канал 14 для подачи газа без особой необходимости в устройстве для подачи газа или в чем-либо подобном. Жидкость, протекающая через горловину 13, находится под высоким давлением, что приводит к растворению в жидкости подаваемого в горловину 13 газа. Затем жидкость, в которой растворяется газ, протекает из горловины 13 в выпускной канал 12. Площадь поперечного сечения, через которое проходит поток, выпускного канала 12 больше, чем у горловины 13, и, следовательно, давление жидкости под давлением снижается, приводя к перенасыщению жидкости растворяемым в ней газом. Затем газ, который больше не растворяется в жидкости, превращается в микропузырьки, и таким образом формируются микропузырьки.
[0020] Далее со ссылкой на Фиг. 2, описано одно из воплощений системы 1 очистки загрязненной воды с применением устройства 10 для формирования микропузырьков согласно настоящему изобретению. Система 1 очистки загрязненной воды содержит устройство 10 для формирования микропузырьков, емкость 2 с загрязненной водой, содержащая загрязненную воду для подачи загрязненной воды в устройство 10 для формирования микропузырьков, и емкость 3 флотации для осуществления флотации микропузырьков, выпускаемых из устройства 10 для формирования микропузырьков.
[0021] Система 1 очистки загрязненной воды очищает загрязненную воду следующим образом. В частности, содержащая загрязняющие частицы загрязненная вода в емкости 2 с загрязненной водой выкачивается из емкости 2 с загрязненной водой посредством насоса и нагнетается в устройство 10 для формирования микропузырьков через первый трубопровод 4. В этом процессе загрязненная вода сжимается под давлением посредством насоса и нагнетается под высоким давлением в устройство 10 для формирования микропузырьков. Затем в нагнетаемой жидкости формируются микропузырьки методом формирования микропузырьков с применением устройства 10 для формирования микропузырьков, как было описано выше.
[0022] Сформированные микропузырьки заряжены отрицательно, таким образом положительно заряженные загрязняющие частицы, содержащиеся в загрязненной воде, прикрепляются к микропузырькам при прохождении через выпускной канал 12 устройства 10 для формирования микропузырьков. Микропузырьки, к которым прикрепляются загрязняющие частицы, доставляются в емкость 3 флотации через второй трубопровод 5 вместе с жидкостью, из которой были удалены загрязняющие частицы.
[0023] Микропузырьки, достигающие емкости 3 флотации, начинают подниматься с загрязняющими частицами, прикрепившимися к ним внутри емкости 3 флотации, благодаря свойству микропузырьков подниматься вверх. Затем, в процессе подъема эти микропузырьки исчезают, и в верхней части емкости 3 флотации остаются только загрязняющие частицы. Поскольку микропузырьки поднимаются друг за другом, загрязняющие частицы, находящиеся в верхней части емкости 3 флотации, остаются в верхней части емкости 3 флотации. После того, как загрязняющие частицы таким образом отделены посредством флотации, флотирующие и накапливающиеся загрязняющие частицы вычерпываются скребком 6, обеспеченным в верхней части емкости 3 флотации, и собираются. Таким образом обеспечивается удаление загрязняющих частиц и очистка загрязненной воды.
[0024] Как было описано выше, в этом воплощении канал 14 для подачи газа имеет форму L-образной трубки, при этом выпускной конец 143 горизонтального участка 141 расположен в направлении по течению потока жидкости. В этой конструкции жидкость может затекать в канал 14 для подачи газа, только если жидкость течет в обратном направлении, что препятствует затеканию жидкости в канал 14 для подачи газа. Следовательно, даже когда загрязненная вода, содержащая загрязняющие частицы, нагнетается в виде жидкости, загрязняющие частицы не попадают в канал 14 для подачи газа, и, таким образом, предотвращается забивание канала 14 для подачи газа. Таким образом, даже когда загрязненная вода нагнетается непосредственно в устройство 10 для формирования микропузырьков, микропузырьки формируются из загрязненной воды.
[0025] В этом воплощении трубка, образующая канал 14 для подачи газа, расположена таким образом, чтобы выпускной конец 143 располагался в горловине 13, а горизонтальный участок 141 располагался параллельно потоку жидкости. В частности, трубка, образующая канал 14 для подачи газа, занимает часть площади поперечного сечения горловины 13, через которое проходит поток. Количество формируемых микропузырьков обычно отличается в зависимости от размера площади поперечного сечения горловины 13, через которое проходит поток. В вышеуказанной конструкции площадь поперечного сечения горловины 13, через которое проходит поток, легко изменяется простым изменением диаметра трубки, образующей канал 14 для подачи газа. Таким образом обеспечивается возможность простой регулировки количества формируемых микропузырьков.
[0026] Кроме того, устройство 10 для формирования микропузырьков системы 1 очистки загрязненной воды согласно данному воплощению способно формировать микропузырьки из загрязненной воды; следовательно, обеспечивается возможность нагнетания загрязненной воды, вытекающей из емкости 2 с загрязненной водой, непосредственно в устройство 10 для формирования микропузырьков, а также возможность нагнетания микропузырьков, выпускаемых из устройства 10 для формирования микропузырьков, в емкость 3 флотации. Если применяется известное устройство для формирования микропузырьков, которое не способно формировать микропузырьки из загрязненной воды, загрязненная вода и микропузырьки должны нагнетаться в емкость флотации по отдельности. Однако в этом нет необходимости в системе 1 очистки загрязненной воды согласно данному воплощению, и, таким образом, система 1 очистки загрязненной воды может быть упрощена. Кроме того, поскольку микропузырьки формируются из загрязненной воды, загрязняющие частицы в загрязненной воде вскоре прикрепляются к формируемым микропузырькам. Таким образом, загрязняющие частицы более эффективно прикрепляются к микропузырькам, повышая скорость удаления загрязняющих частиц по сравнению с известными случаями, в которых загрязненная вода и микропузырьки попадают в емкость флотации по отдельности с последующей возможностью прикрепления загрязняющих частиц к микропузырькам.
[0027] Выше описано одно из воплощений настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим воплощением, и возможны его различные модификации, не выходящие за рамки объема и сути настоящего изобретения. Например, в вышеописанном воплощении канал 14 для подачи газа представляет собой L-образную трубку; однако, форма указанной трубки не ограничивается L-образной. Например, как показано на Фиг. 3, канал 14а для подачи газа может быть выполнен в виде прямой трубки и установлен под углом относительно устройства 10а для формирования микропузырьков таким образом, чтобы выпускной конец 143а был расположен в направлении по течению потока жидкости. Кроме того, канал 14 для подачи газа не обязательно должен быть выполнен в виде трубки, как показано на Фиг. 4, канал 14b для подачи газа может быть выполнен в виде отверстия, выполненного в поверхности стенки, образующей канал 11 для потока жидкости устройства 10b для формирования микропузырьков, таким образом, чтобы выпускной конец 143b находился в направлении по течению потока жидкости. Также существует возможность выполнения этого отверстия в горловине 13. В любом случае, этого достаточно, при условии, что выпускной конец 143а, 143b канала 14а, 14b для подачи газа открывается в сторону течения потока жидкости. При применении вышеуказанной конструкции с использованием канала 14а, 14b для подачи газа не требуется ни L-образной трубки, ни какой-либо другой трубки. Это упрощает производство устройства 10а, 10b для формирования микропузырьков.
[0028] Система очистки загрязненной воды согласно настоящему изобретению также может использоваться, например, для отделения трития посредством флотации из загрязненной воды, содержащей тритий (насыщенный тритием водород). Кроме того, устройство для формирования микропузырьков согласно настоящему изобретению также может использоваться для производства содержащего углекислый газ удобрения на водной основе или содержащего углекислый газ жидкого удобрения для гидропонной культуры, или эмульсионного топлива. Далее следует подробное описание. Удобрение на водной основе или жидкое удобрение подается из канала для потока жидкости устройства для формирования микропузырьков, при этом углекислый газ подается из канала для подачи газа, и, таким образом производится содержащее углекислый газ удобрение на водной основе или жидкое удобрение. Когда это удобрение на водной основе или жидкое удобрение подается к гидропонной культуре, углекислый газ испаряется из удобрения на водной основе или жидкого удобрения, подаваемого к корню растения, и при этом углекислый газ вступает в непосредственный контакт с устьицами на тыльной стороне листьев растения. Это позволяет растениям, обладающим свойствами поглощения углекислого газа, эффективно поглощать углекислый газ из устьиц на тыльной стороне листа. Кроме того, когда вода и нефтепродукт подаются из канала для потока жидкости устройства для формирования микропузырьков, вода диспергируется в нефтепродукте, формируя таким образом эмульсионное топливо. Таким образом легко производятся различные виды эмульсионного топлива без применения поверхностно-активного вещества, которое ранее добавляли при производстве различных видов эмульсионного топлива.
Список позиционных обозначений
[0029]
1. Система очистки загрязненной воды
2. Емкость с загрязненной водой
3. Емкость флотации
10. Устройство для формирования микропузырьков
11. Канал для потока жидкости
12. Выпускной канал
13. Горловина
14. Канал для подачи газа
141. Горизонтальный участок
143. Выходной конец