СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/34 C02F3/02 

Изобретение относится к технике обеззараживания воды от патогенных микроорганизмов и может найти применение в процессах водоподготовки в коммунальных службах при очистке бытовых и промышленных стоков, биотехнологии, медицине, экологии и др.

Известен способ обеззараживания воды в устройстве для обеззараживания воды (авт. св. СССР N 1472453, кл. C 02 F 1/16, 1989), при котором обеззараживание происходит в электрическом поле постоянного тока, когда в зазор между анодом и катодом подается вода, аэрированная воздухом. К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность способа обеззараживания, связанная с необходимостью создания постоянного электрического поля низкого напряжения и растворения материала анода в очищаемой воде.

Известен способ обеззараживания воды в обеззараживатель сточных вод (авт. св. СССР N 1682325, кл. C 02 F 1/46, 1991), при котором обеззараживание происходит в электрическом поле трехфазного переменного тока, когда очищаемая вода подается в зазор между электродами. К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность способа обеззараживания, связанная с необходимостью использования переменного трехфазного тока и выполнения условий техники безопасности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу обеззараживания воды по совокупности признаков является способ очистки сточных жидкостей, включающий аэрацию/ подачу сточных жидкостей на флотацию под разряжением, удаление пены с загрязнениями, аэрацию и анаэробную очистку, очистку от взвешенных веществ, культивацию микрофлоры для культивации биоокисления загрязнений, дегазацию и очистку от легкоиспаримых жидкостей кавитацией (Патент России N 2004503, кл. C 02 F 3/02, 1993).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся недостаточная эффективность обеззараживания из-за большого расхода воздуха, идущего на аэрацию воды, и сложность самого способа, требующего культивации поддержания жизнедеятельности полезной микрофлоры.

Задачей изобретения является разработка эффективного способа обеззараживания воды на базе простого по конструкции устройства, который можно применить на существующем оборудовании.

Техническим результатом, достигаемым при реализации данного способа, является повышение степени обеззараживания и упрощение технологии обработки питьевой или сточной воды.

Указанный технический результат достигается в способе обеззараживания воды, включающем ее аэрацию под разряжением и кавитацию в зоне рабочего колеса насоса, при этом аэрация воды составляет (0,6-1) от предела растворимости воздуха в воде при температуре ее обработки и соответствующем давлении на выходе насоса.

Увеличение аэрации воды сверх предела растворимости воздуха в воде при температуре ее обработки и соответствующем давлении на выходе насоса резко снижает эффект обеззараживания из-за демпфирующего влияния избыточных пузырьков воздуха, нивелирующих кавитационные колебания давления в зоне рабочего колеса насоса. Кроме того, чрезмерное количество воздуха в воде приводит к "захлебыванию" насоса и отрицательному явлению помпажа.

Уменьшение аэрации воды ниже предела 0,6 от максимально возможной растворимости воздуха в воде при температуре ее обработки и соответствующем давлении на выходе насоса также резко снижает степень обеззараживания из-за ограниченного кавитационного эффекта в зоне рабочего колеса насоса (кавитационное течение явление парообразования и выделения воздуха, обусловленное понижением давления жидкости) (Пирсол И. Кавитация. М. Мир, 1975, с. 9, 80).

Под действием гидроударов, сопровождающих кавитационное течение и возникающих вблизи лопаток рабочего колеса насоса, происходит разрушение микроорганизмов и обеззараживание воды.

На чертеже представлено устройство по способу обеззараживания воды.

Устройство состоит из центробежного насоса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и рабочим колесом 4, эжекторной трубки 5, установленной осесимметрично с входным патрубком 2 центробежного насоса и всасывающим трубопроводом 6. На эжекторной трубке 5 расположены расходомер воздуха 7 и регулирующий вентиль 8, а на выходном патрубке 3 установлены датчики давления 9, расхода воды 10 и температуры воды 11. Рабочее колесо 4 центробежного насоса 1 соединено с приводом 12, а входной патрубок 2 с всасывающим трубопроводом 6, погруженным в емкость 13 с исходной водой. Выходной патрубок 3 центробежного насоса соединен с нагнетательным трубопроводом 14.

Устройство по способу обеззараживания воды работает следующим образом.

Регулирующим вентилем 8 устанавливают по расходомеру воздуха 7 расход воздуха, подаваемого за счет эжекции, для аэрации воды по эжекторной трубке 5 во входной патрубок 2 при вращении рабочего колеса 4 от привода 12.

Расход воздуха, подаваемого для аэрации воды под разряжением, устанавливается так, чтобы он составлял 0,6-1 от предельной растворимости воздуха, соответствующей температуре воды, определяемой по датчику температуры 11, давлению, определяемому по датчику давления 9, и расходу воды, определяемому по датчику расхода воды 10. В этом случае воздух, попадая в зону рабочего колеса 4 полностью растворяется в воде. Возникающие вблизи лопаток вращающегося от привода 12 рабочего колеса 4 зоны пониженного давления - области разряжения приводят к кавитационному течению. Под действием гидроударов, сопровождающих кавитационное течение, происходит разрушение микроорганизмов и обеззараживание воды.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Для обеззараживания воды плавательного бассейна было изготовлено лабораторное устройство по предлагаемому способу обеззараживания, включающее центробежный насос 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и рабочим колесом 4, эжекторной трубкой 5, установленной осесимметрично с входным патрубком 2 и всасывающим трубопроводом 6. На эжекторной трубке 5 установлены расходомер воздуха и регулирующий вентиль 8, а на выходном патрубке 3 установлены датчики давления 9, расхода 10 и температуры 11 воды. Рабочее колесо 4 соединено с приводом-электродвигателем 12, а входной патрубок 2 с трубопроводом всасывания 6, погруженным в емкость 13 с водой, взятой из плавательного бассейна. Выходной патрубок 3 соединен с нагнетательным трубопроводом 14.

Расход воды устанавливался 0,6 м³/ч или 10 л/мин, давление на выходе 1 атм, выходе 2 атм (как и в плавательном бассейне), температура воды 20^oC.

Рассчитывалась максимальная растворимость воздуха при 20^oC и давлении атм по литературным данным (Дж. Перри. Справочник инженера-химика, т. 1, Л: Химия, 1969, с. 386-387), составляющая 40 л/м³. Так как при одной атмосфере растворимость воздуха составляет 20 л/м³, то необходимо подавать через эжекторную трубку 5 20 л воздуха на каждый м³ воды. При расходе воды 10 л/мин по расходомеру воздуха 0,2 л/мин.

Экспериментальные исследования, проведенные с водой плавательного бассейна при рассчитанном выше расходе воздуха, соответствующем максимальной растворимости при 20^oC и давлением 2 атм, показали снижение содержания микроорганизмов в 2,4 раза. Исследования при повышенных расходах воздуха показали резкое уменьшение эффекта обеззараживания из-за демпфирующего влияния избыточных пузырьков воздуха, нивелирующих колебания давления, вызванные кавитацией.

Пример 2. Исследования по способу обеззараживания воды плавательного бассейна при расходе воздуха 0,16 или 0,8 от передела растворимости воздуха в воде при 20^oC, давлении 2 атм на выходе центробежного насоса и расходе воды 10 л/мин.

Исследования на содержание бактерий группы кишечной палочки показали снижение их содержания в 3,4 раза.

Пример 3. Исследования по способу обеззараживания воды плавательного бассейна проводились в лабораторной установке, описанной в примере 1, но при расходе воздуха 0,12 л/мин или 0,6 от предела растворимости воздуха в воде при 20^oC и давлении 2 атм на выходе центробежного насоса и расходе воды 10 л/мин.

Исследование на содержание бактерий группы кишечной палочки показали снижение их содержания в 2,6 раза.

Исследования при пониженных расходах (менее 0,6 от предела растворимости воздуха в воде) показали резкое снижение эффекта обеззараживания из-за прекращения кавитационного эффекта и отсутствия гидроударов в зоне рабочего колеса 4 центробежного насоса 1 (см. результаты опытов 5 и 6).

В таблице приведены результаты лабораторных исследований по обеззараживанию воды плавательного бассейна.

Из таблицы видно, что как увеличение расхода воздуха по сравнению с пределом растворимости, так и уменьшение расхода воздуха ниже 0,6 от предела растворимости (опыты 4 и 5) не приводят к значительному снижению содержания кишечной палочки в литре воды по сравнению с водой, в которую не подается воздух (опыт 6).

Предлагаемый способ обеззараживания воды можно использовать для обеззараживания и других жидкостей и растворов при соответствующем растворении в них воздуха, так как кавитационный эффект имеет место во всех жидкостях.

Также вместо воздуха можно подавать воздух, обогащенный кислородом или озоном. В этом случае помимо кавитационного эффекта обеззараживания возникает дополнительный эффект обеззараживания за счет интенсивного окисления. Расход газовой фазы в этом случае выбирается с учетом максимальной ее растворимости при рабочей температуре жидкости и ее давлении в выходном патрубке.

Кроме того, вместо центробежных насосов можно использовать осевые насосы, также приводящие к кавитации при аэрации воды.

Предлагаемый способ обеззараживания воды прост в реализации и его несложно внедрить на действующих станциях водоподготовки, в плавательных бассейнах, коммунальных предприятиях по очистке бытовых стоков и станциях очистки промышленных сточных вод.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в процессах водоподготовки в коммунальных службах при обеззараживании бытовых сточных вод, на станциях очистки промышленных сточных вод, в биотехнологии и медицине;
для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Использование: для обеззараживания воды в процессах водоподготовки, в коммунальных службах при очистке бытовых стоков, биотехнологии, медицине, экологии и др. Сущность изобретения: способ обеззараживания воды включает ее аэрацию под разряжением и кавитацию в зоне рабочего колеса насоса, при этом аэрация воды составляет (0,6-1) от предела растворимости воздуха в воде при температуре ее обработки и соответствующем давлении на выходе насоса. 1 ил., 1 табл.

Способ обеззараживания воды, включающий ее аэрацию под разряжением и кавитацию, отличающийся тем, что кавитацию проводят в зоне рабочего колеса насоса, при этом аэрация воды составляет 0,6 1 предела растворимости воздуха в воде при температуре ее обработки и соответствующем давлении на выходе насоса.