ПРОТИВОТОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ ОЗОНОМ

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам водоподготовки и водоочистки, в частности к устройствам для окисления содержащихся в воде примесей с помощью озона.
Технология обработки воды озоном с целью обеззараживания и окисления примесей известна достаточно давно [1], однако область применения данной технологии в последнее время расширяется. Озонирование воды вытесняет конкурирующие технологии (в первую очередь хлорирование) в связи с существенными достоинствами озона как окислительного реагента и антисептика: установки озонирования воды не требуют для своей работы каких-либо реагентов, поскольку озон может быть получен непосредственно из воздуха; остаточный озон, содержащийся в воде после ее обработки, достаточно быстро разлагается; озон, в отличие от хлора, не образует с органическими веществами токсичных соединений.
Для обработки воды озоном необходимо его диспергирование. С этой целью применяют механические турбины, фильтросные пластины, пористые диски [1], однако наиболее простым и надежным устройством для диспергирования озона в воде являются инжекторы. Их преимущества обусловлены отсутствием необходимости нагнетать озон в воду под давлением (что вызывает проблемы в связи с нестабильностью озона), а также отсутствием засоряющихся мелких отверстий.
На основе инжектора построен двухсекционный реактор озонирования, описанный в [2]. Реактор разделен на две камеры - смесительную и контактную, циркуляционный насос забирает воду из смесительной камеры и подает ее в инжектор. В инжекторе вода подсасывает озонсодержащий газ, а образовавшаяся в инжекторе газоводяная смесь поступает обратно в смесительную камеру. В смесительной камере пузырьки газа всплывают вверх, отработанный озонсодержащий газ через газоотделительный клапан сбрасывается в атмосферу через деструктор озона. Вода же, содержащая растворенный (но не пузырьковый) озон поступает в контактную камеру, где завершаются реакции окисления примесей. Реактор является проточным, в него непрерывно подается очищаемая и выводится очищенная вода.
Описанную конструкцию реактора можно считать ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели.
Эта конструкция не лишена недостатков, основным из которых является недостаточно полное использование озона. Именно на наличие значительной концентрации озона в выходящем из реактора газе указывает отмеченное в [2] использование деструктора озона. Причина недостаточно полного использования озона в описываемом устройстве - недостаточно мелкое диспергирование пузырьков озонсодержащего газа, что обусловлено применением в качестве диспергирующего устройства инжектора, который является скорее насосом, чем диспергатором [3]. Однако отказ от инжекторов в пользу альтернативных диспергирующих устройств без снижения надежности устройства невозможен.
На основании изложенного может быть сформулирован технический результат, достигаемый с помощью предполагаемой полезной модели - обеспечение с помощью максимально надежных диспергирующих устройств (инжекторов) максимально полного использования озона.
Для достижения технического результата предлагается организовать в реакторе противоточное движение воды и озонсодержащего газа. Однократно вступивший во взаимодействие с выходящей из реакционной емкости водой вторичный озонсодержащий газ не сбрасывается через деструктор, как в [2], а вновь контактирует с входящей в реактор водой и лишь затем выводится из реакционной емкости. Так в реакционной емкости реализуется принцип противотока, при котором наиболее богатая окисляемыми примесями входящая вода взаимодействует с наиболее бедным озоном выходящим газом и наоборот. Схема устройства представлена на фиг.
Фиг.
Представленное на фиг. устройство работает следующим образом. Питающий насос 1 подает обрабатываемую воду через входной инжектор 2 в реакционную камеру 3. При этом происходит подсос потоком входящей воды вторичного озонсодержащего газа через всасывающий патрубок входного инжектора 2, находящийся выше уровня воды. Циркуляционный насос 4 (выполняющий также функцию отводящего насоса) через выходной инжектор 5, выходной диффузор которого врезан в реакционную камеру ниже уровня воды, забирает воду из реакционной камеры 3 и частично возвращает обратно. Вода при этом через всасывающий патрубок инжектора 5 подсасывает первичный озонсодержащий газ, генерируемый в генераторе озона 6. Очищенная вода покидает реактор также в результате работы насоса 4. Стрелками на фиг. показаны направления движения озонсодержащего газа.
Особенности работы предполагаемой полезной модели и ее преимущества по сравнению с ближайшим аналогом с точки зрения полноты использования озона поясняют следующие примеры.
Пример 1.
Двухсекционный реактор, описанный в  [2], обрабатывает воду с химическим потреблением кислорода (ХПК) 22 мг/л при
ее расходе 1,2 м<sup>3</sup>/ч. Генератор озона производит озон из воздуха, расход озона 1,5 г/ч, концентрация - 3,4% масс. После обработки воды из реактора в деструктор выбрасывается озонсодержащий газ с концентрацией озона 1,9% масс.
Пример 2.
3
Двухсекционный реактор, описанный в [2], обрабатывает воду с ХПК 22 мг/л при ее расходе 1,2 м/ч. Генератор озона производит озон из кислорода чистотой 93% масс, расход озона 12,5 г/ч, концентрация - 9,8% масс. После обработки воды из реактора в деструктор выбрасывается озонсодержащий газ с концентрацией озона 7,8% масс.
Пример 3.
3
Противоточное устройство, предлагаемое в качестве полезной модели, обрабатывает воду с ХПК 22 мг/л при ее расходе 1,2 м/ч. Генератор озона производит озон из воздуха, расход озона 1,5 г/ч, концентрация - 3,4% масс. После обработки воды из устройства выбрасывается озонсодержащий газ с концентрацией озона 0,8% масс.
Пример 4.
3
Противоточное устройство, предлагаемое в качестве полезной модели, обрабатывает воду с ХПК 22 мг/л при ее расходе 1,2 м/ч. Генератор озона производит озон из кислорода чистотой 93% масс, расход озона 12,5 г/ч, концентрация - 9,8% масс. После обработки воды из устройства выбрасывается озонсодержащий газ с концентрацией озона 6,2% масс.
Литература
1. Орлов В.А. Озонирование воды. - М.: Стройиздат, 1984, 88 с.
2. С. Терентьев Озон на производстве питьевой воды «Индустрия напитков. Отраслевой журнал» 2007, №4, с. 54-57.
3. Цегельский В.Г. Двухфазные струйные аппараты. - М: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, 408 с.