СТАНЦИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 1994 года по МПК C02F1/78 

Изобретение относится к устройствам обработки природных и промышленных вод и предназначено для обеззараживания воды озоном.

Известна станция приготовления питьевой воды, содержащая последовательно соединенные трубопроводами реакционную емкость, насос, фильтр, контактную колонну, циркуляционный трубопровод и озонатор, соединенный с эжектором. Циркуляционный трубопровод снабжен запорным устройством и присоединен одним концом к реакционной емкости, а другим - к контактной колонне на расстоянии 2,8-3,2 ее диаметра от дна. Эжектор размещен вертикально в центральной части дна контактной колонны [1].

Станция приготовления питьевой воды недостаточно эффективна в силу того, что воздух - носитель озона подается со дна контактной колонны и из-за противодействия столба воды, равного высоте колонны, а также пассивного процесса озонирования воды практически только барботажным прохождением пузырьков озона в потоке воды по высоте колонны требует увеличенной мощности насоса и большой высоты колонны, без чего установка не позволяет достичь высокой эффективности перемешивания пузырьков озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой, а значит и высокой степени ее обеззараживания.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности обработки воды озоном путем обеспечения динамического процесса смешения.

Цель достигается тем, что станция приготовления питьевой воды, содержащая последовательно соединенные трубопроводами реакционную емкость, насос, фильтр, контактную колонну с эжектором, циркуляционный трубопровод и озонатор, соединенный с эжектором, снабжена трубопроводом возврата озона, соединенным с реакционной емкостью, эжектор расположен в верхней части колонны и снабжен размещенным внутри него коллектором с системой концентрично расположенных двустенных стаканов, а контактная колонна снабжена установленными внутри нее на стенках системой отражателей и соосно расположенной ей турбиной с установленными на валу с возможностью вращения колесами, лопасти которых выполнены вогнутой формы с боковыми поверхностями в виде спиралей и обращены вогнутостью к отражателям. Кроме того отражатели выполнены вогнутой формы и обращены вогнутостью к колесам турбины.

Расположение и особенности конструкции озонатора, наличие в контактной колонне активных элементов - колес турбины, а также их форма позволяют произвести многоступенчатую обработку воды, постепенно увеличивая на каждом этапе степень перемешивания воды и озона без дополнительных насосов. Объединение в одном устройстве барботирования мелких струй и пузырьков газа сквозь слой жидкости, мелкодисперсного распыления жидкости в газовом потоке и многократного активного перемешивания обеих сред позволяет существенно увеличить интенсивность процесса насыщения воды озоном и объем их контактирования, а значит увеличить скорость и степень обеззараживания воды.

Признак, характеризующий особенности формы отражателей, обеспечивает дополнительное увеличение дисперсности распыления воды и является оптимизационным.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой станции; на фиг. 2 - контактная колонна, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - колесо турбины, вид сверху.

Предлагаемая станция включает реакционную емкость 1 с входным патрубком 2 поступления необработанной воды, соединенную трубопроводом 3 через насос 4 и фильтр 5 с эжектором 6 контактной колонны 7. Эжектор 6 соединен также с озонатором 8. Станция включает также циркуляционный трубопровод 9 и выходной трубопровод 10.

Один конец циркуляционного трубопровода соединен с нижней частью колонны 7, а другой его конец соединен с нижней частью колонны 7, а другой его конец соединен с реакционной емкостью 1. Внутри эжектора 6 помещены коллектор 11 и система коаксиально расположенных контактных стаканов 12, а ниже в полости контактной колонны 7 соосно с эжектором 6 свободно с возможностью вращения установлены на валу 13 вогнутые спиральные турбоколеса 14 с лопастями вогнутой формы. К стенкам контактной колонны 7 прикреплены отражатели 15. Выходной конец трубопровода 10 соединен с желобом 16 в нижней части колонны 7. Система козырьков 17 предназначена для защиты патрубка 18 и отвода избыточного озона от попадания в него капель воды. Боковые поверхности лопастей турбоколес 14 выполнены в виде спиралей и обращены вогнутостью к отражателям 15.

Станция приготовления питьевой воды работает следующим образом.

Необработанная вода из патрубка 2 поступает в реакционную емкость 1, где смешивается с озонированной водой и остаточным озоном, подаваемыми по циркуляционному трубопроводу 9 из контактной колонны 7. Перемешивание необработанной и озонированной воды в реакционной емкости 1 осуществляется за счет создания структуры потока идеального смешения путем подбора определенного соотношения производительности насоса и объема емкости. Одновременно емкость обеспечивает необходимое время контакта озона с водой. Таким образом реакционная емкость 1 является одновременно смесителем и реактором предварительной обработки воды. Кроме того в емкость 1 по трубопроводу 9 подаются излишки озоно-воздушной смеси из колонны 7. Далее вода из реакционной емкости 1 забирается через трубопровод 3 насосом 4 и подается в фильтр 5, где очищается от взвешенных веществ и по трубопроводу 3 подается в эжектор 6 контактной колонны 7. Туда же одновременно из озонатора 8 подается озоно-воздушная смесь. В коллектор 11 и систему соединенных с ним контактных стаканов 12 попадает, с одной стороны, под напором вода, с другой - озоно-воздушная смесь, образуя концентрический ряд соприкасающихся по всей своей активной поверхности водных и газовых цилиндров, где выходящая вода вступает в контакт с двух сторон каждого цилиндра и увлекает газ. На этой стадии смешивания озоно-воздушная смесь захватывается водой и попадает внутрь ее толщи. Далее, опускаясь под напором насоса и собственной тяжести вниз по оси контактной колонны 7, обогащенная трубчатая газо-водяная струя попадает в место уменьшения диаметра эжектора 6 и, резко уплотняясь, создает вокруг себя зону разрежения, которая активизирует захват газа в верхней части контактной колонны 6. При этом часть газа захватывается внутрь поверхностного слоя и в сечение движущегося потока воды, насыщая ее под давлением. Далее уплотненная струя попадает в зону расположения турбоколес 14, обтекая которые, она создает радиальные силы вращения. Последние образуются благодаря специально подобранной форме турбоколес 14. При своем движении, стекая с каждого из турбоколеса 14, струя многократно пересекает зону действия отражателей 15. Движение мимо них при большой скорости вращения турбоколес 14 приводит к многократному дроблению и разбрызгиванию струи и к образованию в нижней части контактной колонны 7 мелкодисперсной озоно-водной среды.

Небольшая часть этой смеси по циркуляционному трубопроводу 9 поступает снова на предварительную обработку в реакционную емкость 1, а другая часть, очищенная и обезвреженная, стекает в желоб 16 и отводится потребителям по трубопроводу 10.

Предлагаемое устройство увеличивает степень диспергазации воды и озона, объем их контакта, а значит и степень обеззараживания воды. При этом обеспечение активности, динамичности процесса за счет энергии, накопленной внутри устройства, позволяет увеличить не только эффективность, но и экономичность процесса обеззараживания воды. Можно также уменьшить размеры контактной колонны и время реакции по сравнению с известными образцами.

Испытания на макетах показали, что при расходах воды до 5 м³/ч скорость обработки по сравнению с известной барботажной колонной возрастает в 1,5-2 раза при высоте колонны, равной половине барботажной, и давлении воды на входе в эжектор 1,8-2 атм.

При этом увеличения мощности насоса не требуется.

Использование: для обработки природных и промышленных вод с целью обеззараживания воды озоном. Станция приготовления питьевой воды содержит последовательно соединенные трубопроводами реакционную емкость, насос, фильтр, контактную колонну с эжектором, циркуляционный трубопровод и озонатор, соединенный с эжектором. Станция снабжена трубопроводом возврата озона, эжектор расположен в верхней части контактной колонны и снабжен размещенным внутри него коллектором с системой концентрично расположенных двустенных стаканов, внутри контактной колонны установлены: система отражателей - на ее стенках и турбина с рядом колес - на валу с возможностью вращения; лопасти колес выполнены вогнутой формы с боковыми поверхностями в виде спиралей и обращены вогнутостью к отражателям. Отражатели могут быть выполнены вогнутой формы и вогнутостью обращены к колесам турбины. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. СТАНЦИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, содержащая последовательно соединенные трубопроводами реакционную емкость, насос, фильтр, контактную колонну с эжектором, циркуляционный трубопровод и озонатор, соединенный с эжектором, отличающаяся тем, что она снабжена трубопроводом возврата озона, соединенным с реакционной емкостью, эжектор расположен в верхней части колонны и снабжен размещенным внутри него коллектором с системой концентрично расположенных двустенных стаканов, а контактная колонна снабжена установленными внутри нее на стенках системой отражателей и соосно расположенной с ней турбиной с установленными на валу с возможностью вращения колесами, лопасти которых выполнены вогнутой формы с боковыми поверхностями в виде спиралей и обращены вогнутостью к отражателям. 2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что отражатели выполнены вогнутой формы и обращены вогнутостью к колесам турбины.