КОМБИНИРОВАННЫЙ ОЗОННО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к очистке озоном и ультразвуком оборотной воды, которая используется в замкнутом цикле для промывания изготавливаемого изделия, например, при офсетной печати.
На сегодняшний день обеззараживание воды озоном - одна из ключевых стадий любой современной системы водоочистки. Озон окисляет неорганические и органические загрязнители воды, переводя их в нерастворимые соединения. А ультразвук интенсифицирует процессы, протекающие при обработке воды: осаждение, коагуляцию, фильтрование, адсорбцию, окисление органических и неорганических загрязнителей.
Аналогом является «ультразвуковое устройство для обеззараживания воды» (Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. 3-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук. Думка, 1980. - 564 с). Оно состоит из емкости с выпускными и впускными электромагнитными клапанами, внутри которой расположен излучатель, выполненный из феррита в виде трубки со сферическим концентратором. Принцип действия основан на магнитострикционных колебаниях ферромагнитного сердечника. Данное устройство не может осуществлять обработку озоном.
Наиболее близким по технической сущности является устройство «высокочастотный озонатор» (Патент РФ №2075433, C01B 13/11, Высокочастотный озонатор / Шапиро С.В., Воронов Б.А., №5064705/26; Заявл. 15.04.92 г. Опубл. 20.03.97, БИ №8, С.158.), выбранное в качестве прототипа. Оно содержит наружный низковольтный электрод, выполненный в виде металлического параллелепипеда с цилиндрической внутренней поверхностью, отделенной от активной зоны диэлектрическим барьером, и внутренний высоковольтный электрод, выполненный из металлических трубок, оси которых параллельны оси активной зоны. Данное устройство не может осуществлять ультразвуковую обработку.
Техническая задача заключается в повышении эффективности очистки воды, повышении производительности оборудования за счет объединения принципов действия высокочастотного озонатора и ультразвукового устройства для обеззараживания воды.
Для решения поставленной технической задачи предлагается использовать диэлектрический цилиндр из водонепроницаемого материала - керамики, вставленный в цилиндрическое отверстие металлического параллелепипеда, а во внутренней области диэлектрического цилиндра находятся металлические струны. Струны и металлический параллелепипед подключены к высокочастотному источнику питания с помощью переключающего электромагнитного реле. Внутренняя область диэлектрического цилиндра соединена с системой поочередной подачи воздуха или очищаемой воды, которая снабжена электромагнитными клапанами, синхронизированными с переключающим реле высокочастотного источника питания.
Предлагаемая полезная модель представляет собой озонно-ультразвуковой очиститель и систему подачи воздуха и очищаемой воды.
На фиг.1 и фиг.2 изображено устройство озонно-ультразвукового очистителя: на фиг.1 - вид сбоку в разрезе, на фиг.2 - вид с торца в разрезе; на фиг.3 и фиг.4 - система комбинированной озонно-ультразвуковой очистки оборотной воды.
Озонно-ультразвуковой очиститель (фиг.1, фиг.2) состоит из диэлектрического цилиндра 1, изготовленного из керамики, который вставлен в цилиндрическое отверстие металлического параллелепипеда 2, играющего роль наружного электрода. Во внутренней области диэлектрического цилиндра 1 расположена активная зона 3 и металлические струны 4, играющие роль внутренних электродов.
Система комбинированной озонно-ультразвуковой очистки оборотной воды, показанная на фиг.3 и фиг.4., включает в себя компрессор 5, двигатель которого включается электромагнитным реле 6; охладитель 7, представляющий собой «змеевик», охлаждаемый водой, которая подается через электромагнитный клапан 8 и сливается через электромагнитный клапан 9; силикагелевый осушитель 10, соединенный с помощью электромагнитного клапана 11 с озонно-ультразвуковым очистителем 12, полярность электродов которого меняется с помощью переключающего электромагнитного реле 13, а его источником питания служит преобразователь частоты 14, включаемый электромагнитным реле 15; барботажную камеру 16, подача загрязненной жидкости в которую регулируется распределяющим электромагнитным клапаном 17, а подача озона осуществляется через шланг 18.
Интервалы очистки озоном и ультразвуком отличаются положением электромагнитных реле 6 и 13 и электромагнитных клапанов 8, 9, 11, 17. На фиг.3 показано положение электромагнитных клапанов и электромагнитных реле для интервала очистки озоном, а на фиг.4 - для интервала очистки ультразвуком.
Система озонно-ультразвуковой очистки работает следующим образом.
В интервале очистки озоном (фиг.3) электромагнитное реле 6 включает двигатель компрессора 5, а переключающее электромагнитное реле 13 обеспечивает следующую полярность электродов озонно-ультразвукового очистителя 12: наружный электрод - низковольтный, внутренние струнные электроды - высоковольтные. Электромагнитные клапаны 8, 9 и 11 находятся в открытом положении. Воздух при помощи компрессора 5 подается под давлением в охладитель 7. После охлаждения воздух поступает в осушитель 10 для устранения излишней влажности, снижающей КПД озонатора. Осушенный воздух поступает в озонно-ультразвуковой очиститель 12 через электромагнитный клапан 11. Полученный в нем озон подается в барботажную камеру 16 через специальный шланг с отверстиями 18. Распределяющий электромагнитный клапан 17 осуществляет подачу в барботажную камеру 16 загрязненной жидкости, где происходит ее очистка озоном. Нерастворимый осадок выпадает на дно барботажной камеры 16 и выводится наружу через специальное отверстие. Оставшаяся озонно-воздушная смесь также выводится за пределы барботажной камеры.
1
При подаче на электроды озонно-ультразвукового очистителя 12 высокого переменного напряжения частотой f не менее 10 кГц между внутренними струнными электродами 4 и наружным электродом 2 (фиг.1) образуется неравномерное электрическое поле, наибольшая напряженность которого находится у внутренних струнных электродов 4. В активной зоне 3 возникает бегущий барьерный разряд, действие которого на кислородсодержащий газ приводит к появлению атомарного кислорода и затем озона.
В интервале очистки ультразвуком (фиг.4) переключающее электромагнитное реле 13 обеспечивает следующую полярность электродов озонно-ультразвукового очистителя 12: наружный электрод - высоковольтный, внутренние струнные электроды - низковольтные. Электромагнитное реле 6 отключает двигатель компрессора от источника питания, воздух перестает поступать в систему; переключаются в запертое положение электромагнитные клапаны 8, 9 и 11, распределяющий электромагнитный клапан 17 перенаправляет загрязненную жидкость в озонно-ультразвуковой очиститель 12, где и происходит ее непосредственная очистка. Очищенная жидкость промывает барботажную камеру 16.
1
2
1
1
При подаче высокого переменного напряжения частотой f не менее 10 кГц между внутренними струнными электродами 4 и наружным электродом 2, электроды начинают притягиваться друг к другу с частотой f=2f. Если внутренние струнные электроды 4 натянуты так, что их резонансная частота соответствует 2f, то в активной зоне 3 возникают мощные ультразвуковые колебания, подвергающие обработке протекающие через эту камеру жидкость. Обработка происходит вследствие кавитации, т.е. появления и мгновенного «схлопывания» пузырьков.
Амплитуда давления, создаваемого струнами в произвольной точке, рассчитывается с использованием метода зеркальных отображений:
y
2
3
где k - коэффициент упругости среды, k - волновое число, h - глубина цилиндрической поверхности, n - номер стержня, R - расстояние до стержня, R - расстояние до зеркально отображенного стержня.
Расчет по этим формулам показывает, что обработка воды ультразвуковой кавитацией во внутренней полости цилиндра в значительной степени равномерна.