|
(21), (22) Заявка: 2005120932/15, 04.07.2005
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
04.07.2005
(43) Дата публикации заявки: 10.01.2007
(46) Опубликовано: 27.08.2007
(15) Информация о коррекции:
Версия коррекции № 1 (
Изобретение относится к области очистки воды, а именно к области безреагентной водоподготовки для питьевого и технического водоснабжения.
В связи с нарастающим дефицитом воды большое значение приобретает применение оборотных и последовательных систем водоснабжения, а также переход промышленности на технологические безреагентные процессы, требующие меньшего расхода воды.
Повышенные требования потребителей к качеству воды вызывают необходимость разработки принципиально новых устройств и методов ее обработки.
Известно устройство для очистки и обеззараживания воды (Патент RU N 2136602, МПК C02F 1/46, опубл. 10.09.1999.), содержащее корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного озоносодержащего газа. Высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод – в виде цилиндра. Проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, а подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора. Патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, а заземленный электрод соединен с распределительной системой водо-, озоносодержащей смеси.
Очистка и обеззараживание воды осуществляется за счет окисления примесей, находящихся в воде, озоном, атомарным кислородом, возбужденными молекулами кислорода и т.п., образующимися при электрических разрядах в кислородосодержащем газе и воде.
Данное изобретение позволяет повысить эффективность очистки и обеззараживания воды, снизить удельные энергозатраты при повышении надежности конструкции установки.
Недостатком данного устройства является быстрый износ высоковольтного электрода, выполненного в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша.
При работе устройства между высоковольтным электродом и заземленным электродом в виде цилиндра при электрических разрядах происходит частичное выгорание острий высоковольтного электрода, что значительно понижает эффективность работы устройства, а при дальнейшей эксплуатации приводит к замене высоковольтного электрода.
Применение в данном устройстве озонирования воды обеспечивает высокий бактерицидный эффект, однако вследствие быстрого разложения озона в воде, часто перед ее подачей в водопроводную сеть, воду хлорируют во избежание повторного развития бактерий, однако вся мировая практика в настоящее время отказывается от хлорирования воды ввиду губительного его действия на организм человека.
Известны другие устройства (Патент RU N 2136601, МПК C02F 1/46, опубл. 1999.09.10 и Патент RU N 2136600, МПК C02F 1/49, опубл. 1999.09.10), в которых аналогичным способом эффективно применяется озон для обеззараживания воды, однако в силу того, что озон быстро разлагается в воде, перед подачей воды в водопроводную сеть ее также хлорируют во избежание повторного развития бактерий (книга авторов Кульского Л.А., Булавы М.Н. и др. “Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов”, Киев, 1972, с.198-202).
Применяемые другие способы и устройства для обеззараживания воды, например обработка воды хлором при помощи специальных аппаратов – хлораторов, в которых приготовляемая хлорная вода смешивается затем со всей массой поступающей воды. К недостаткам обработки воды хлором относится то, что хлор перед употреблением необходимо хранить в стальных баллонах на расходных складах, проектируемых в соответствии с санитарными правилами для складов сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), что требует больших капитальных затрат. Так, например, при большом потреблении хлора на фильтровальных станциях оборудуют расходные склады с применением стальных бочек емкостью от 100 до 5000 кг жидкого хлора. В этом случае хлор от заводов-поставщиков получают в железнодорожных цистернах.
Известен способ обеззараживания жилкой среды (Патент RU N 2142421, МПК C02F 1/32, опубл. 10.12.1999). Сущность изобретения состоит в том, что проводят облучение потока текучей среды излучением оптического диапазона в импульсном режиме, причем каждый объем текучей среды облучают серией из не менее чем двух импульсов длительностью в интервале 10-3-10-5 с, с суммарной энергией в серии, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде 10-3-10 Дж/см3 в диапазоне длин волн 0,2-4,5 мкм. Способ обеспечивает комплексность механизмов обеззараживания, основанных на действии мощного импульсного УФ-излучения, импульсном температурном термомеханическом ударном и связанным с ним ультразвуковым воздействием на среду, а также универсальность и высокую эффективность обеззараживания от микроорганизмов различных типов (вирусы, бактерии, паразиты) в различных формах их жизнедеятельности (вегетативной, споровой, в капсулах).
В настоящее время нашли распространение установки типа ОВ-3Н, ОВ-ПК-РКС или ОВ-АКХ-1 (Кульский Л.А., Булава М.Н. и др. “Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов”, Киев, 1972, с.217-222) для обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами непогружного (лоткового) и погружного типов.
Достоинством этих установок является безреагентный метод обеззараживания воды, малые размеры. Однако наряду с достоинствами этих установок у них есть ряд недостатков, а именно:
1) Узкий диапазон применения
– для бесцветных подземных вод с глубоких горизонтов;
– для родниковой, грунтовой подрусловой и инфильтрационной воды;
– для обработанной воды поверхностных источников.
2) Применение хлора перед подачей воды в водопроводную сеть во избежание повторного развития бактерий, однако применение хлора оказывает негативные последствия на здоровье человека.
Водопроводные очистные сооружения уже не в состоянии предотвращать поступление в питьевую воду значительного количества неорганических и органических веществ. В этих условиях повсеместное применение хлора в качестве обеззараживающего средства приводит к образованию новых соединений, нередко более токсичных, чем исходные. Установлено, что при обработке воды хлором образуются галогенсодержащие соединения, большинство из которых обладает мутагенными свойствами, а некоторые из них представляют канцерогенную опасность для человека (Гончарук В.В., Потапченко Н.Г., Вакуленко В.Ф. “Озонирование как метод подготовки питьевой воды: возможные побочные продукты и токсикологическая оценка”. Химия и технология воды. – 1995 г., т.17 – N 1).
Например, хлорирование воды, содержащей фенол, усиливает запах воды в результате образования хлорфенолов, пороговая концентрация которых в 1000 раз выше, чем самого фенола.
Наиболее широкое распространение в качестве сильного окислителя и обеззараживающего агента получил молекулярный хлор и его модификации: гипохлориты, хлористый амоний (Зостман Б. “Органолептическая оценка воды”, М.: Химия, 1984 г.).
Позже было показано, что при хлорировании питьевых вод, содержащих гумусовые, фульво- и аминокислоты, в воде образуются и другие хлорированные соединения, обладающие мутагенной активностью и генотоксичностью.
Принципиальная гидравлическая схема установки для очистки воды “ORIONWDI5” содержит: 1 – высоконапорный центробежный насос; 2 – подающий насос; 3 – фильтр предварительной очистки; 4 – бак исходной воды; 6 – кран шаровый; 7 – гидродинамический высокочастотный импульсный генератор; 8 – ультразвуковой концентратор; 9 – электромагнитный клапан; 10 – датчик температуры; 11 – датчик температуры электроконтактный; 12 – датчик давления электроконтактный; 13 – кран шаровый; 14 – калорифер; 15 – фильтр тонкой очистки; 16 – фильтр осветляющий; 17 – мембрана трековая; 18 -кран шаровый регулировочный; 19 – рубашка охлаждения; 20 – аварийный датчик перегрева; 21 – теплообменник пластинчатый; 22 – датчик присутствия жидкости в системе.
Суммарное потребление электроэнергии: 1 – центробежный насос высокого давления: потребляемая мощность 7,5 кВт; 2 – подающий насос: потребляемая мощность 40 W; 3 – ультразвуковой концентратор: потребляемая мощность 2 кВт; 4 – калорифер: потребляемая мощность 300 W; 5 – блок управления: потребляемая мощность 20 W; общее количество – 9,86 кВт.
Достоинством данной установки является то, что в ней не применяются химические реагенты.
Описание недостатков существующих систем.
Традиционно применяющиеся для обработки воды ультрафиолетовые (УФ) лампы низкого давления в основном справляются с задачей обеззараживания, но они малоэффективны при уничтожении спорообразующих бактерий, вирусов, грибков, водорослей и плесени.
Максимальные дозы облучения воды УФ-источниками при приемлемых производительностях УФ-установок существенно ниже уровней, необходимых для полного обеззараживания споровых форм. Эти дозы облучения для ряда спор и грибков составляют 100-300 МДж/см2, в то время как УФ-облучатели могут обеспечить 16 МДж/см2. Кроме того, существенное ограничение в применении этого типа обеззараживания воды вносит постоянная соляризация и биообрастание защитных кварцевых оболочек УФ-лампы. Другой традиционный способ обработки воды – озонирование – также имеет ряд недостатков, а именно:
– Высокая стоимость получения озона, токсичность и т.д. (Орлов В.А. “Озонирование воды”, М., Химия, 1984 г.);
– Озон является сильным бактерицидным и вирулицидным агентом, но на сегодняшний день механизмы инактивации отдельных групп микроорганизмов еще точно не определены;
– В отличие от хлора, который токсичен по отношению к некоторым типам бактерий, озону отводится роль универсального окислителя, осуществляющего почти мгновенную инактивацию.
Однако некоторые бактерии и вирусы оказывают сильное сопротивление озону. Некоторые группы микроорганизмов очень быстро уничтожаются озоном (бактерии Coli, poliovirus-1), а, например, спороносные формы бактерий оказывают значительное сопротивление;
– Другим существенным недостатком обработки воды озоном является то, что для каждого из металлов, присутствующих в обрабатываемой воде, характерно определенное значение рН, при котором наиболее полно осуществляется их удаление. Это обстоятельство создает определенные трудности при эксплуатации станции озонирования, требуя осуществления строгого контроля за величиной рН и дозой озона, т.к. при нарушении установленных режимов работы происходит накопление в воде ионов освобожденных металлов, которые могут быть токсичными.
В установке по Патенту N 282486 Словакии при комплексной обработке в воде возникают короткоживущие парогазовые “каверны” (процесс кавитаций). Скорость их “схлопывания” очень высока, и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры – огромные температура и давление. Разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков происходят в местах неоднородности среды, а в качестве неоднородностей выступают сами споры грибков и бактерий, которые при кавитационном взрыве оказываются в центре схлопывания, играя при этом роль своеобразной мишени. В результате вблизи точки схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора.
В движущейся среде возникают пузырьки, которые на границе поверхностей (твердых стенок) очень быстро и с большой силой схлопываются, что является одной из причин быстрого износа лопастей гребных винтов и гидротурбин, работающих с кавитацией (Иванов Б.Н. Законы физики. – М.: Высшая школа, 1986, с.214, 215).
Кроме того, представление о том, что в установке по патенту N 282486 Словакии: при комплексной обработке в воде возникают короткоживущие парогазовые “каверны” (процесс кавитации), и скорость их “схлопывания” очень высока, что в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры – огромные температуры и давления, и что при кавитационном взрыве споры грибков и бактерий, оказавшихся в центре схлопывания, уничтожаются, носит противоречивый характер. Есть предположение, что при схлопывании пузырьков в больших объемах происходят явления, объясняющие истину происхождения процессов термического характера, коммулятивного быстротекущего процесса, порожденного взрывной кавитацией, происходит схлопывание пузырьков с образованием при этом ударной волны внутрь (в фокус) пузырька. При этом происходит процесс ударного столкновения частиц, находящихся в фокусе пузырька.
Кроме того, в кавитационном процессе, при обработке воды, существует и второй эффект взрывного кавитационного процесса.
При обработке воды в воде находятся, например, молекулы гидроксида железа Fe(ОН)3, Fe(OH)2 и других. При кавитационном образовании микропузырьков, многие из этих молекул оказываются на орбите (на сфере) пузырька и под действием огромных сил схлопывания устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, уничтожая споры грибков и бактерий.
Кроме того, в силу быстротекущего коммулятивного процесса внутри пузырька мгновенно возникают экстремальные параметры: температура Т1070 K и давление Р4000 МПа.
При этом находящиеся на сфере и в фокусе пузырька молекулы металлов в фокусе пузырька с огромной силой сталкиваются и слипаются, образуя при этом поличастицу.
Целью настоящего изобретения является повышение качества питьевой воды и экономичности при ее обработке.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для очистки и обеззараживания воды содержит гидроциклон, фильтр осветлительный, насос, гидродинамический импульсный генератор роторного типа с электроприводом, кавитационный реактор-циклон, два эжектора, проскоковый фильтр, кроме того, кавитационный реактор-циклон содержит два клапана для сброса парогазовой смеси в атмосферу.
Гидродинамический импульсный генератор представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия, в которые вставлены разгонные форсунки, выходной срез которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью.
Кроме того, цилиндрический полый корпус содержит цилиндрический полый ротор, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия, причем выходные одинаковые отверстия разгонных форсунок и два одинаковых отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси.
Ротор снабжен подшипниковым узлом, который снабжен манжетой для герметизации полости корпуса гидродинамического импульсного генератора при вращении ротора от электропривода.
Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с другими устройствами по очистке и обеззараживанию воды является то, что при прохождении обрабатываемой воды через разгонные форсунки в струях образуются микропузырьки, а при столкновении импульсных струй за счет вращения ротора с заданной угловой скоростью происходит катастрофическое их разрушение по всему объему гидродинамического импульсного генератора. При этом происходит схлопывание микропузырьков.
При схлопывании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи со скоростями порядка 200…1000 м/с и ударным местным давлением порядка 103 МПа, которые воздействуют на реагирующие компоненты на расстояниях, соизмеримых с размером молекул (Гидродинамика больших скоростей: Межвузовский сборник. КрПИ; Отв. ред. В.А.Кулагин. Красноярск, 1989 г., с.27-32). Кроме того, при встречном столкновении импульсных струй с огромными скоростями, в их поперечном сечении, при соударении погибают споры грибков и бактерий.
Необходимым условием для схлопывания пузырька является движение среды, возбуждение среды, что влечет за собой механизм сферически симметричного схлопывания пузырька.
Бесконечная скорость в момент схлопывания и большие приращения местных давлений считаются одной из причин возникновения кавитации. (Журнал Доклады Академии Наук, 2004, том 199, N 2, с.189, статья авторов Д.В.Георгиевского, А.В.Ждановой “Некоторые асимптотики в задаче о страгивании и схлопывании газового пузырька”).
Эффективным способом для этого механизма (рождения, схлопывания) является гидроимпульсная обработка воды путем катастрофического столкновения двух (нескольких) кавитирующих струй в гидродинамическом импульсном генераторе.
Кавитационный реактор-циклон (КРЦ) представляет собой вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, выполненный в виде усеченного конуса, наибольшим диаметром установленного вверх, кроме того, внутри на одной вертикальной оси расположен разгонный цилиндрический конус (далее конус) и совмещенный с ним разгонный цилиндр, причем разгонный конус расположен в нижней части КРЦ и прикреплен к днищу наименьшим диаметром, а разгонный цилиндр – в верхней части КРЦ, кроме того, разгонный цилиндр выполнен по наибольшему диаметру разгонного конуса и соединен с ним герметично и имеет форму опрокинутого стакана, кроме того, разгонный конус в верхней части имеет радиальные каналы, которые соединены с центральным вертикальным каналом, который имеет выход внутрь разгонного цилиндра.
КРЦ снабжен также коллектором отвода воды, содержащей твердые частицы.
Коллектор отвода воды с твердыми частицами выполнен в верхней части КРЦ и расположен с зазором относительно наружной стенки корпуса и крышки КРЦ и установлен коаксиально относительно корпуса КРЦ.
Установка для очистки и обеззараживания воды содержит два эжектора, которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором и КРЦ и соединены патрубками, причем выходные патрубки эжекторов прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ в нижней его части.
Тангенциальное расположение выходных патрубков эжекторов создает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды в КРЦ, кроме того, для увеличения эффекта центробежного раскручивания воды внутри КРЦ днище КРЦ установлено с наклоном под углом (  ) к вертикальной оси КРЦ, а разгонный конус наибольшим диаметром обращен вверх по вертикальной оси корпуса КРЦ, что способствует увеличению эффекта очищения воды от твердых, образовавшихся (слипшихся) частичек и отбрасыванию их от центра КРЦ к периферии за счет центробежных сил и далее удалению их в коллектор отвода твердых частичек, откуда они отводятся с частью воды в канализацию.
Таким образом, очищенная вода остается в центре и вращается вокруг разгонного конуса, отводится по радиальным каналам и поднимается по центральному каналу, откуда отводится в резервуар чистой воды (РЧВ) и далее поступает к потребителю.
Другим преимуществом установки для очистка и обеззараживания воды является применение новой конструкции кавитационного реактора-циклона, выполненного в виде усеченного конуса, в котором происходят процессы окисления путем эжектирования воздуха (озона) в объем обрабатываемой воды в КРЦ, а также коллапсирования микропузырьков, в результате которого протекает процесс обеззараживания обрабатываемой воды, в результате которого происходит слипание твердых частичек, и далее за счет центробежного раскручивания обрабатываемой воды в КРЦ происходит отделение воды от примесей.
Другим достоинством установки для очистки и обеззараживания воды является применение разгонного конуса и совмещенного с ним разгонного цилиндра на одной вертикальной оси КРЦ, что увеличивает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды и эффект отбрасывания твердых частичек от центра к периферии корпуса КРЦ, тем самым увеличивая эффект очищения воды, которая вращается вокруг разгонного конуса и по его каналам поднимается вверх и поступает в РЧВ и к потребителю.
Сущность данного технического решения заключается в том, что
– устройство для очистки и обеззараживания воды содержит гидроциклон, фильтр предварительной очистки, насос, гидродинамический импульсный генератор роторного типа с электроприводом, кавитационный реактор-циклон, два эжектора, финишный фильтр, воздушные клапаны;
– гидродинамический импульсный генератор содержит горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия, в которые вставлены разгонные форсунки, выходной срез которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью корпуса, кроме того, цилиндрический полый корпус содержит цилиндрический полый ротор, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия, причем выходные одинаковые отверстия разгонных форсунок и два одинаковых отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси; кроме того, ротор снабжен подшипниковым узлом, который снабжен манжетой для герметизации полости корпуса гидродинамического импульсного генератора при вращении ротора от электропривода;
– Кавитационный реактор-циклон (КРЦ) содержит вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, выполненный в виде усеченного конуса, наибольшим диаметром установленного вверх, внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный конус и совмещенный с ним разгонный цилиндр, причем разгонный конус расположен в нижней части КРЦ и прикреплен к днищу наименьшим диаметром, а разгонный цилиндр – в верхней части КРЦ, кроме того, разгонный цилиндр выполнен по наибольшему диаметру разгонного конуса и соединен с ним герметично и имеет форму опрокинутого стакана, кроме того, разгонный конус в верхней части имеет радиальные каналы, которые соединены с центральным вертикальным каналом, который имеет выход внутрь разгонного цилиндра, который прикреплен герметично к крышке КРЦ, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса коллектора отвода очищенной воды;
– КРЦ снабжен коллектором для отвода воды с твердыми частицами, выполненным в верхней части КРЦ, расположенным с зазором относительно наружной стенки корпуса и крышки КРЦ и установленным коаксиально относительно корпуса КРЦ;
– Установка для очистки и обеззараживания воды содержит два эжектора, которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором и КРЦ и соединены патрубками, причем выходные патрубки эжекторов прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ в нижней его части;
– Днище КРЦ установлено с наклоном под углом () к вертикальной оси КРЦ.
Снижение энергозатрат в установке по очистке и обеззараживанию воды достигается путем применения гидродинамического импульсного генератора, в котором при входе воды в разгонные форсунки при среднем давлении Р=0,15 МПа давление на встречных импульсных струях достигает Р=3,2 МПа.
Для достижения этого эффекта нет необходимости применять высоконапорный центробежный насос мощностью 7,5 кВт, как в установке Словакии по патенту N282486. Для этого достаточно применить отечественный насос мощностью 1…1,5 кВт необходимой производительности, например 1…1,5 м3/ч, и с давлением воды на выходе насоса Р=0,15 МПа (Межвузовский сборник “Гидродинамика больших скоростей”; КрПИ. – Красноярск, 1981, с.32).
Применение разгонных форсунок, расположенных диаметрально на одной оси с диаметрально расположенными отверстиями ротора в гидродинамическом импульсном генераторе, позволило решить сложную техническую задачу путем эффекта взрывной кавитации на катастрофически встречных кавитирующих импульсных струях.
Эффект взрывной кавитации по всему объему генератора достигается путем неизбежного встречного столкновения двух импульсных струй, создаваемых путем вращения ротора с определенной угловой скоростью.
Другим преимуществом установки для очистки и обеззараживания воды является применение новой конструкции кавитационного реактора-циклона, выполненного в виде усеченного конуса, в котором происходят процессы окисления путем эжектирования воздуха (озона) в объем обрабатываемой воды в КРЦ, а также коллапсирования микропузырьков, в результате которого происходит слипание твердых частичек в поличастички и далее за счет центробежного раскручивания обрабатываемой воды (путем тангенциального подвода к нижней части корпуса КРЦ) происходит отделение воды от примесей.
Другим достоинством установки для очистки и обеззараживания воды является применение разгонного конуса и совмещенного с ним разгонного цилиндра на одной вертикальной оси КРЦ, что увеличивает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды и эффект отбрасывания твердых частичек от центра к периферии корпуса КРЦ, тем самым увеличивая эффект очищения воды, которая вращается вокруг разгонного конуса и по его каналам поднимается вверх в коллектор отвода очищенной воды и далее в РЧВ и к потребителю.
Кроме того, авторами по патенту N 282486 Словакии не до конца раскрыта сущность протекания процесса при коллапсировании микропузырька.
В кавитационном процессе, при обработке воды, существует и второй эффект взрывного кавитационного процесса, заключающегося в том, что в воде находятся, например, молекулы гидроксидов железа Fe(ОН)3, Fe(OH)2 и других молекулы. При кавитационном образовании микропузырьков многие из этих молекул оказываются на орбите (на сфере пузырька, или на границе раздела сферы пузырька и окружающей жидкости) и под действием огромных сил схлопывания устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, уничтожая споры грибков и бактерий.
При этом находящиеся на сфере и в фокусе пузырька молекулы гидроксидов металлов с огромной силой сталкиваются, уничтожая при этом споры грибков и бактерий, и слипаются, образуя твердые частицы.
На фиг.1 показана принципиальная гидравлическая схема установки для очистки и обеззараживания воды, содержащая гидроциклон 1, фильтр осветлительный 2 (предварительной очистки), насос 3, гидродинамический импульсный генератор 4 с электроприводом 5, кавитационный реактор-циклон 6, два эжектора 7 (вид А – на фиг.1), фильтр финишной очистки 8, фиг.2 – продольный разрез гидродинамического импульсного генератора 4 на фиг.1; на фиг.3 – сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 – фрагмент В на фиг.2; на фиг.5 – продольный разрез кавитационного реактора-циклона 6 на фиг.1; на фиг, 6 – сечение Г-Г на фиг.5.
Гидродинамический импульсный генератор 4 (фиг.2) представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус 9, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия 10, в которые вставлены разгонные форсунки 11, выходной срез 12 которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью 13, кроме того, цилиндрический полый корпус 9 содержит цилиндрический полый ротор 14, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстая 15, причем выходные одинаковые отверстия 16 разгонных форсунок 11 в два одинаковых отверстия 15 ротора 14 расположены на одной диаметральной оси (фиг.2 и 3), кроме того, ротор 14 снабжен подшипниковым узлом 17, который снабжен манжетой 18 для герметизации полости 13 корпуса 9 гидродинамического импульсного генератора 4 при вращении ротора 14 от электропривода 5 (фиг.1).
На фиг.4 показан фрагмент В на фиг.2, где увеличено изображен эффект взрывной кавитации, полученный путем неизбежного встречного столкновения двух импульсных струй, создаваемых путем вращения ротора 14 с определенной угловой  i скоростью.
При столкновении двух кавитирующих импульсных струй происходит их катастрофическое разрушение по всей полости 13 с образованием микропузырьков 19, и далее кавитирующая вода подается по патрубкам 20 через эжекторы 7 (вид А – на фиг.1) в КРЦ 6.
КРЦ 6 представляет собой вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, выполненный в виде усеченного конуса 21 (фиг.5), наибольшим диаметром обращенного вверх, внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный конус 22 и совмещенный с ним разгонный цилиндр (коллектор очищенной воды) 23, причем разгонный конус 22 расположен в нижней части КРЦ 6 и прикреплен к днищу 24 наименьшим диаметром, а разгонный цилиндр 23 – в верхней части КРЦ 6, кроме того, разгонный цилиндр 23 выполнен по наибольшему диаметру разгонного конуса 22 и соединен с ним герметично и имеет форму опрокинутого стакана, кроме того, разгонный конус 22 в верхней части имеет радиальные каналы 25, которые соединены с центральным вертикальным каналом 26, который имеет выход 27 внутрь разгонного цилиндра 23, который прикреплен герметично к крышке 29 КРЦ 6, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса коллектора 23 отвода очищенной воды (фиг.5 и 6).
КРЦ 6 снабжен коллектором 30 отвода воды, содержащей твердые частицы 31 (фиг.6).
Коллектор 30 отвода воды с твердыми частицами выполнен в верхней части КРЦ 6 и расположен с зазором 32 относительно наружной стенка корпуса 21 и крышки 29 КРЦ 6 и установлен коаксиально относительно корпуса 21 КРЦ 6.
Установка для очистки и обеззараживания воды содержит два эжектора 7 (вид А – на фиг.1), которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором 4 и КРЦ 6 и соединены патрубками 20, причем выходные патрубки 20 (фиг.5) эжекторов 7 прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ 6 в нижней его части (вид А на фиг.1).
Днище 24 КРЦ 6 установлено с наклоном под углом к вертикальной оси КРЦ 6 (фиг.5).
Разгонный конус 22 наибольшим диаметром установлен вверх по вертикальной оси корпуса 21 КРЦ 6.
КРЦ 6 также снабжен воздушными клапанами 33 (фиг.5) для сброса парогазовой смеси в атмосферу, кроме того, КРЦ 6 имеет сливной кран 34, установленный в нижней части днища 24 (фиг.5).
Сливной кран 34 предназначен для аварийного или ремонтного слива воды из КРЦ 6.
Установка для очистки и обеззараживания воды снабжена также дренажным трубопроводом 35 для удаления твердых частиц в процессе обработки воды из гидроциклона 1 по сливной трубе 36 и из коллектора 30 отвода твердых частиц по сливной трубе 37.
Очищенная вода отводится по сливной трубе 38 через проскоковый фильтр 8 в РЧВ и к потребителю.
Проскоковый фильтр 8 служит для улавливания твердых частиц в случае аварийной остановки насоса 3, например при внезапном отключении электроэнергии.
Устройство для очистки и обеззараживания воды работает следующим образом.
Вода для очистки и обеззараживания подается, например, из скважины и поступает в гидроциклон 1, в котором производится удаление шлама. Твердые частицы в гидроциклоне 1 выделяются в результате действия центробежной силы, возникающей при тангенциальном воде осветляемой воды. В процессе работы гидроциклона 1 выделяемые твердые частицы сбрасываются в дренажную трубу 35 (фиг.1) по сливной трубе 36.
После гидроциклона 1 вода поступает в фильтр 2, в котором производится улавливание проскоковых твердых частиц из гидроциклона 1.
Из фильтра 2 предварительно осветленная вода подается насосом 3 по трубопроводам 3а и 3б в гидродинамический импульсный генератор 4 через разгонные форсунки 11 (фиг.2).
В гидродинамическом импульсном генераторе 4 вращается ротор 14 с заданной угловой скоростью i от электропривода 5. При вращении ротора 14 происходит попеременное открывание и закрывание выходных отверстий 16 разгонных форсунок 11, в результате этого вода поступает в полость ротора 14 через его диаметрально расположенные отверстия 15 порциями с заданной частотой, обусловленной вращением ротора 14 с заданной угловой скоростью i (фиг.2 и 3).
При подаче воды насосом 3 с давлением, например, Р=0,12 МПа через разгонные форсунки 11 в волости ротора 14 неизбежно сталкиваются две импульсные встречные струи и в момент их столкновения в поперечном их сечении d (фиг.4) давление достигает порядка Р=3,2 МПа, кроме того, находящиеся в этот момент споры грибков и бактерий с огромной силой сталкиваются и уничтожаются.
При прохождении обрабатываемой воды через разгонные форсунки 11 в струях образуются микропузырьки, которые коллапсируют, образуя кумулятивные микроструи со скоростями Vi порядка 200…1000 м/с и ударным местным давлением порядка Pi=103 МПа (фрагмент В – на фиг.4).
Кроме того, при схлопывании (коллапсировании) пузырьков возникает экстремальная температура 1070 K, и оказавшиеся в центре схлопывания споры грибков и бактерий уничтожаются.
При обработке воды в воде находятся, например, молекулы гидроксида железа Fe(ОН)3, Fe(OH)2 и другие. При кавитационном образовании микропузырьков многие из этих молекул оказываются на орбите (на сфере) пузырька и под действием огромных сил схлопывания устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, уничтожая споры грибков и бактерий, сталкиваются и слипаются, образуя при этом твердые частицы.
Далее обрабатываемая вода с твердыми частицами поступает в эжекторы 7 (фиг.1), где интенсивно смешивается с кислородом воздуха, окисляется и поступает по тангенциальным патрубкам 20 в КРЦ 6, в котором продолжается процесс схлопывания микропузырьков и воды (фиг.5).
Путем подвода обрабатываемой воды по тангенциальным патрубкам 20 в КРЦ 6 происходит ее центробежное раскручивание, а применение разгонного конуса 22 и совмещенного с нам разгонного цилиндра 23 увеличивает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды и эффект отбрасывания твердых частичек 31 (фиг.6) от центра к периферии корпуса 21 КРЦ 6, тем самым увеличивая эффект очищения воды, которая вращается вокруг разгонного конуса 22 и по его каналам 25 и 26 поднимается вверх и далее через фильтр финишной очистки 8 в РЧВ и к потребителю,
Вода с примесями (твердыми частицами) поступает в коллектор 30 для отвода воды с твердыми частицами и далее по сливной трубе 37 удаляется в канализацию.
Образующаяся парогазовая смесь в КРЦ 6 в результате протекающих физических процессов сбрасывается в атмосферу через воздушные клапаны 33 (фиг. 5).
Формула изобретения
Установка по очистке и обеззараживанию воды, содержащая гидроциклон, фильтр осветительный, насос, гидродинамический импульсный генератор с электроприводом, кавитационный реактор-циклон (КРЦ), два эжектора, проскоковый фильтр, воздушные клапаны, отличающаяся тем, что гидродинамический импульсный генератор содержит горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия, в которые вставлены разгонные форсунки, выходной срез которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью корпуса, цилиндрический полый корпус содержит цилиндрический полый ротор, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия, причем два одинаковых отверстия разгонных форсунок и два одинаковых отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси, ротор снабжен подшипниковым узлом, который снабжен манжетой; КРЦ содержит вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, выполненный в виде усеченного конуса, наибольшим диаметром установленного вверх, внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный конус и совмещенный с ним разгонный цилиндр, причем разгонный конус расположен в нижней части КРЦ и прикреплен к днищу наименьшим диаметром, а разгонный цилиндр – в верхней части КРЦ, кроме того, разгонный цилиндр выполнен по наибольшему диаметру разгонного конуса, соединен с ним герметично и имеет форму опрокинутого стакана, разгонный конус в верхней части имеет радиальные каналы, которые соединены с центральным вертикальным каналом, который имеет выход внутрь разгонного цилиндра, который прикреплен герметично к крышке КРЦ, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса разгонного цилиндра, КРЦ снабжен коллектором для отвода воды с твердыми частицами, выполненным в верхней части КРЦ, расположенным с зазором относительно наружной стенки корпуса и крышки КРЦ и установленным коаксиально относительно корпуса КРЦ, кроме того, установка содержит два эжектора, которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором и КРЦ и соединены патрубками, причем выходные патрубки эжекторов прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ в нижней его части, а днище КРЦ установлено под углом к вертикальной оси КРЦ.
РИСУНКИ
TH4A – Переиздание описания изобретения к патенту Российской Федерации
Причина переиздания: Коррекция библиографических данных
Извещение опубликовано: 10.12.2007 БИ: 34/2007
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 05.07.2007
Извещение опубликовано: 20.02.2009 БИ: 05/2009
|
