ОКИСЛИТЕЛЬ ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 1994 года по МПК C02F1/64 

Изобретение относится к устройствам для обезжелезивания воды и может быть использовано в водоочистных устройствах для водоснабжения населенных пунктов или для подготовки минерализованной воды перед опреснением, в частности при использовании электродиализного способа опреснения.

Известно устройство для обезжелезивания воды (авт. св. СССР N 1504226, кл. С 02 F 1/64, 1989), содержащее корпус с фильтрующей загрузкой, трубопроводы для подачи и отвода воды, патрубок для отвода воздуха, последовательно присоединенные к трубопроводу для подачи воды сопло с насадком Вентури, вакуумную камеру в виде цилиндра и смеситель, установленную под смесителем над загрузкой отбойную пластину. Причем устройство снабжено средством для отвода выделившихся газов из вакуумной камеры, смеситель выполнен в виде последовательно расположенных цилиндров, конического насадка с волнистой поверхностью между ними и муфтой, установленной с внешней стороны насадка с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Средство для отвода газа выполнено в виде эжектора, присоединенного трубопроводами к трубопроводу для подачи воды и вакуумной камере.

Однако это устройство обладает малоэффективным процессом окисления Fe⁺² по следующим причинам:
1. Небольшая поверхность раздела между газовой и жидкой фазами, которая имеет место при работе одноструйного смесителя воды и воздуха. Кроме того, смеситель выполнен в виде цилиндра с постоянным поперечным сечением. Это конструктивное решение не позволяет увеличить давление в цилиндре по ходу движения воды и воздуха.

Известно, что скорость перехода молекулярного кислорода в раствор возрастает с увеличением поверхности раздела между газовой и жидкой фазами и с повышением парциального давления О₂ в газовой фазе (Шлегель Г. Общая микробиология. /Перевод с немецкого. М. : Мир, 1987. с. 182);
2. Недостаточное время для процесса хемосорбции, так как после смесителя вода поступает на загрузку, а воздух выходит по отводному патрубку в атмосферу. Известно, что в одном литре воды (Т= 20^оС, Р= 1 атм) в равновесии с атмосферным воздухом содержится всего 6,2 мл (0,28 ммоль) О₂. Такого количества О₂ достаточно для окисления не более 0,046 ммоль (8,3 мг) вещества (например, глюкозы, Fe⁺² и др. ). Причем в среде невозможно создать значительный запас О₂, его нужно добывать непрерывно (Шлегель Г. Общая микробиология. Перевод с немецкого. М. : Мир, 1987, с. 182-184);
3. Отбор газов (СО₂, Н₂S и др. ) из внутреннего пространства вакуумной камеры неравномерный, а значит, и неполный. Остаточные газы прямо влияют на снижение эффективности процесса окисления Fe⁺².

4. Происходит потеря исходной воды в процессе окисления, так как часть исходной воды не подвергается окислению, а забирается на технические нужды.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса окисления двухвалентного железа и исключение потерь исходной воды в процессе окисления.

Указанная цель достигается тем, что окислитель для обезжелезивания воды, имеющей корпус с камерой для сбора воды, патрубки для подачи и отвода воды и воздуха, присоединенные к корпусу, вакуумную камеру со смесителем, отбойное устройство и эжектор для отвода газов, дополнительно снабжен расположенными в верхней части корпуса напорной камерой исходной воды и безнапорной промежуточной камерой для удаления газов, соединенными с эжектором для отвода газов, выполненным в виде водоструйного кольцевого насоса с камерой смешения, горловиной, кольцевой камерой для подсоса воздуха, диффузором и перфорированным распределителем воздуха, а также цилиндрической кольцевой камерой с двумя переливными стенками с образованием трех кольцевых каналов, внешние из которых сообщаются с диффузором водоструйных кольцевых насосов с горловинами, а средний - с камерой для сбора воды. Безнапорная промежуточная камера для удаления газов соединена с внешним каналом посредством трубы.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для обезжелезивания воды; на фиг. 2 - разрез окислителя для обезжелезивания воды; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - продольный разрез водоструйного кольцевого насоса с камерой смешения и горловиной; на фиг. 5 - продольный разрез водоструйного кольцевого насоса без горловины.

Устройство для обезжелезивания воды включает скважину 1, погружной электронасос 2, окислитель 3 для обезжелезивания воды, электронасос 4, напорный фильтр 5, патрубок 6 подвода исходной воды, патрубок 7 отвода воздуха, патрубок 8 отвода окисленной воды, патрубок 9 подвода окисленной воды к напорному фильтру 5, патрубок 10 овода отработанной воды от фильтра и задвижки 11.

Окислитель 3 для обезжелезивания воды имеет корпус 12, камеру 13 для сбора воды, напорную камеру 14 для исходной воды, безнапорную промежуточную камеpу 15 для удаления газов.

Вакуумная камера со смесителем - водоструйный кольцевой насос с горловиной имеет трубу 16 для отвода газов, камеру 17 смешения, кольцевую щель 18 для прохода исходной напорной воды, горловину 19, диффузор 20, перфорированный распределитель 21 воздуха, патрубок 22 для подвода воздуха к перфорированному распределителю, кольцевую камеру 23 с патрубком 24 для подвода воздуха и отверстие 25 для входа воздуха.

Эжектор для отвода газов - кольцевой водоструйный насос без горловины имеет трубу 26, которая крепится к коллектору 27, камеру 28 смешения и диффузор 29.

На фиг. 4 и 5 пунктирной линией показаны графики характерных изменений давления (вакуума) вдоль водоструйных кольцевых насосов в процессе их работы.

Отбойное устройство выполнено в виде цилиндрической кольцевой камеры с тремя кольцевыми каналами и имеет две переливные стенки 30, два внешних кольцевых канала 31, внутренний кольцевой канал 32, четыре радиальных канала, образованных вертикальными стенками 33 и горизонтальными перегородками 34, и вертикальную стенку 35 на входе в радиальный канал.

Безнапорная промежуточная камера для удаления газов имеет вертикальную перегородку 36, отверстие 37, трубу 38 и отбойный козырек 39.

Трубы для отвода газов крепятся между собой при помощи окружной связи 40.

Окислитель является одним из элементов устройства для обезжелезивания воды (фиг. 1), которое работает следующим образом.

Вода из скважины 1 при помощи погружного электронасоса 2 поступает через патрубок 6 в окислитель 3 для обезжелезивания воды, где исходная вода окисляется (Fe⁺² переходит в форму Fe⁺³) и через патрубок 8 поступает в электронасос 4. Воздух из окислителя 3 выходит в атмосферу через патрубок 7. Электронасос 4 нагнетает окисленную воду в напорный фильтр 5 через патрубок 9. Обработанная вода из фильтра 5 через патрубок 10 поступает потребителю или на опреснение. Окислитель 3 может использоваться самостоятельно и в других устройствах для обезжелезивания воды.

Напорная исходная вода от скважины поступает через патрубок 6 в напорную камеру 14, которая имеет достаточные размеры, чтобы стабилизировать давление по всему объему. Это необходимо для устойчивой работы водоструйных кольцевых насосов. Далее напорная исходная вода через кольцевые щели 18 одновременно поступает в четыре камеры 17 смешения и одну камеру 28. За счет высоких скоростей истечения воды в кольцевой щели 18 в камерах 17 и 28 смешения образуется вакуум, причем в камере 28 вакуум более глубокий, чем в камере 17. Это достигается конструкцией водоструйного кольцевого насоса. Водоструйный кольцевой насос с горловиной (фиг. 4) имеет два пика вакуума: первый неглубокий в камере 17 смешения и второй глубокий в горловине 19.

Водоструйный кольцевой насос без горловины 19 (фиг. 5) имеет более глубокий вакуум в камере 28 смешения. В диффузорах 20 и 29 происходит увеличение давления по их длине.

В смесительных камерах 17 и 28 происходит процесс объемного вскипания газов (СО₂, Н₂S и др. ), растворенных в исходной воде и их выделение. Эти газы отсасываются из камер 17 и по трубам 16, коллектор 27 поступают в трубу 26 и далее через водоструйный кольцевой насос без горловины в безнапорную промежуточную камеру 15. Такой отсос газов возможен за счет большей глубины вакуума в камере 28 смешения по сравнению с глубиной вакуума в камерах 17 смешения. Вода с газами, поступившая в промежуточную камеру 15, перемешивается и газы испаряются в атмосферу. Этому процессу способствует удар струи в стенку камеры 15 при помощи отбойного козырька 39. Исходная вода, поступившая через щель 18 в камеру 28 смешения, также выделяет газы, которые поступают в камеру 15. Исходная вода без газов поступает через придонное отверстие 37 вертикальной перегородки 36 через трубу 38 во внешний окружной канал 31. Таким образом, исходная вода освобождается от вредных для процесса окисления газов (СО₂ и H₂S). При прохождении воды без газов горловины 19 происходит интенсивный подсос воздуха из атмосферы через патрубок 24 в кольцевую камеру 23 и далее через отверстия 25 в полость горловины 19. Одновременно происходит подсос воздуха из атмосферы через патрубок 22 в полость перфорированного распределителя 21. В диффузоре 20 образуется кольцевая поверхность раздела между воздушной и жидкой фазами: воздух внедряется в кольцевую струю с внутренней и внешней сторон. Увеличение общего давления вдоль диффузора приводит к увеличению парциального давления О₂. Увеличение раздела между воздушной и жидкой фазами и повышение парциального давления О₂ в диффузоре 20 увеличивает скорость перехода молекулярного кислорода в раствор. Это способствует повышению эффекта окисления Fe⁺². Таким образом, получено повышенное количество растворенного О₂ в воде и необходимо определенное время для процесса хемосорбции. Основной процесс хемосорбции происходит во внешних кольцевых каналах 31, где частично окисленная вода циркулирует по замкнутому кругу и интенсивно перемешивается, при этом она периодически поступает в бурные зоны выхода воды из диффузоров 20 водоструйных кольцевых насосов, установленных под углом α. Благодаря установке эжекторов с горловинами 19 под углом достигается вращение жидкости в кольцевых каналах 31.

При выходе обогащенной О₂ воды из диффузора 20 часть воды поступает в первый канал 31, а другая часть воды через радиальный канал - во второй канал 31. В эти же каналы 31 поступает вода из промежуточной камеры 15. Оба потока перемешиваются в результате циркуляции по замкнутому кругу. Может происходить несколько оборотов воды по кругу прежде чем она самотеком поступит через переливные стенки 30 по внутреннему кольцевому каналу 32 в камеру 13 для сбора воды. В процессе вращения воды по замкнутому кругу в каналах 31 происходит основной процесс окисления Fe⁺² в форму Fe⁺³, т. е. процесс хемосорбции. Таким образом, этот процесс хемосорбции продолжается на секунды, а минуты, причем отдельные слои могут циркулировать по кругу и десятки минут. Это делает процесс хемосорбции устойчивым. Этот процесс происходит при атмосферном давлении на воздухе. Это тоже способствует повышению эффективности процесса хемосорбции.

Таким образом, при постоянной подаче напорной воды к окислителю 3 происходит его работа в автоматическом режиме без аварийных переливов воды при постоянном отборе воды через патрубок 8.

Внедрение окислителя для обезжелезивания воды в народном хозяйстве позволяет повысить эффективность процесса окисления двухвалентного железа в исходной воде, а значит, и качество обработанной воды, исключить потери воды в процессе окисления, выполнить малогабаритные окислители по типу холодильной техники при работе в автоматическом режиме.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1504226, кл. С 02 F 1/64, 1989.

Использование: в водоочистных устройствах для водоснабжения населенных пунктов или подготовки минерализованной воды перед опреснением, в частности при использовании электродиализного способа опреснения. Сущность изобретения: окислитель содержит напорную камеру исходной воды и безнапорную промежуточную камеру для удаления газов, соединенные с эжектором для отвода газов. Эжектор выполнен в виде водоустройного кольцевого насоса с камерой смешения. Окислитель содержит также горловину, кольцевую камеру для подсоса воздуха, диффузор с перфорированным распределителем воздуха и цилиндрическую кольцевую камеру с двумя переливными стенками с образованием трех кольцевых каналов. 5 ил.

1. ОКИСЛИТЕЛЬ ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ, содержащий корпус с камерой для сбора воды, патрубки для подачи и отвода воды и воздуха, присоединенные к корпусу вакуумную камеру со смесителем, отбойное устройство и эжектор для отвода газов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса окисления двухвалентного железа, он снабжен расположенными в верхней части корпуса напорной камерой исходной воды и безнапорной промежуточной камерой для удаления газов, соединенными с эжектором для отвода газов, выполненным в виде водоструйного кольцевого насоса с камерой смешения, горловиной, кольцевой камерой для подсоса воздуха, диффузором и перфорированным распределителем воздуха, а также цилиндрической кольцевой камерой с двумя переливными стенками с образованием трех кольцевых каналов, внешние из которых сообщаются с диффузором водоструйных кольцевых насосов с горловинами, а средний - с камерой для сбора воды. 2. Окислитель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения потерь исходной воды в процессе окисления, безнапорная промежуточная камера для удаления газов соединена с внешним каналом посредством трубы.