СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/36 C02F1/52 C02F1/72 

Изобретение относится к области водоочистки, в частности к процессам коагуляции, насыщения жидкими и газообразными компонентами и обеззараживания питьевой и сточной воды в трубопроводах и бассейнах очистки питьевой и сточной воды.

Известна технология очистки питьевой и сточной воды в трубопроводах и бассейнах различными способами, в том числе очистка воды коагулянтами от взвешенных и органических веществ; обеззараживание воды хлорной водой, газообразным хлором, озоновоздушной смесью; насыщение воды жидкими и газообразными компонентами (например, марганцевание, иодирование, фторирование и др.), Л.А.Кульский. "Теоретические основы и технология кондиционирования воды". Киев, 1983.

Обычно в упомянутых процессах подача жидких и газообразных реагентов в очищаемую воду осуществляют путем инжекции. Основной недостаток такой подачи заключается в низкой эффективности использования реагента. Инжектор выполняет только роль транспорта реагента, не обеспечивает диспергирование и равномерное распределение реагента по всему объему очищаемой воды. Неравномерное распределение реагента в очищаемой воде приводит к снижению поверхности контакта фаз и, как следствие, к снижению эффективности воздействия реагента на процесс очистки воды. В частности, часть жидких реагентов оседает на дно бассейна не полностью прореагировав, а часть газообразных реагентов в виде пузырьков всплывает на поверхность и попадает в окружающую среду ухудшая тем самым, к тому же, экологические показатели процесса.

Известен, например, способ очистки воды, включающий ее хлорирование и введение коагулянта (см., например, RU 2098359, C 02 F 1/72, 1997). Известный способ обладает описанными выше недостатками. Для устранения таких недостатков предложен, например, способ смешивания и обработки жидкофазных систем с помощью гидроакустических излучателей (SU 1567258, В 01 F 11/02, 1987).

Для обеззараживания воды известна система, содержащая дозирующую установку, напорный и реагентный коллекторы и гидроакустические излучатели, жестко установленные в трубопроводе и ориентированные таким образом, что оси выходных каналов параллельны оси трубопровода, а поток очищаемой воды оказывается попутным потоку, выходящему из гидроакустических излучателей (RU 2125973, C 02 F 1/72, 1999). Недостатком описанной системы являются низкая эффективность смешения реагентов с потоком воды, т.к. акустический поток оказывается попутным потоку очищаемой воды, а также невозможность быстрой смены излучателей в случае их выхода из строя из-за жесткости крепления и неразборности установки. Кроме того, данная система не предусматривает подачу коагулянта, что снижает общую степень очистки воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки воды, включающий ее обработку окислителем и коагулянтом с одновременной интенсификацией процесса очистки с помощью акустического воздействия (Л.А.Кульский. "Теоретические основы и технология кондиционирования воды", Киев, 1983, с. 322, 323). Однако в данном источнике информации не описаны система подачи реагентов и установка источника акустических колебаний, обеспечивающая эффективное перемешивание и, как следствие, минимальный расход реагентов при высокой степени очистки.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки воды с помощью окислителя и/или коагулянта под воздействием акустических колебаний, позволяющего в несколько раз снизить дозы реагентов и обеспечить высокую степень очистки воды, включая ее обеззараживание.

Поставленная задача решается описываемым способом очистки воды, включающим обработку окисляющим реагентом и/или коагулянтом под воздействием акустических колебаний, при этом подачу окисляющего реагента и/или коагулянта осуществляют через резонаторные камеры гидроакустических излучателей за счет разрежения, создаваемого потоком очищаемой воды, проходящим через упомянутые излучатели, ориентированные таким образом, чтобы акустический поток, создаваемый излучателями, был направлен навстречу потоку очищаемой воды, а оси выходных сопел излучателей расположены под углом не менее 7 градусов от направления очищаемого потока и от перпендикуляра к направлению очищаемого потока. Процесс очистки ведут при пороговом значении звукового давления. Предпочтительно, чтобы оси выходных сопел излучателей располагались под углом 7 - 15 градусов от направления потока очищаемой воды, при этом оси излучателей, находящихся на одной вертикали, направлены навстречу друг другу.

Предпочтительно использование хлора или хлорной воды или озона в качестве окислителей и сернокислого алюминия в качестве коагулянта. Если процесс очистки проводят непосредственно в магистральном трубопроводе, то трубы для подачи реагентов и воды снабжены уплотнением "Вильсона" с одной стороны и гибкими шлангами для соединения с излучателями с другой стороны. На фигуре 1 представлена возможная установка для осуществления заявленного способа, а на фигуре 2 - расположение гидроакустического излучателя в установке. Установка для осуществления способа может включать следующие элементы (см. фигуры 1, 2 ): 1 - труба для подачи воды под давлением на излучатели; 2 - манометр; 3 - вентиль; 4 - автоматическое запорное устройство; 5 - уплотнение "Вильсона"; 6 - камера-шлюз; 7 - трубопровод для подачи химреагента; 8 - задвижка; 9 - запорное устройство (диск задвижки); 10 - маховик задвижки; 11 - коллектор подачи реагентов; 12 - гибкие шланги; 13 - патрубок для горизонтального ввода химреагента; 14 - гидроакустические излучатели; 15 - магистральная труба (водовод).

Представленная схема может быть использована для очистки питьевой или сточной воды в трубопроводах и бассейнах. Жидкие и газообразные реагенты, коагулянты и окислители затягиваются в резонаторные камеры гидроакустического излучателя за счет разрежения, создаваемого потоком очищаемой воды, проходящим через излучатель. Реагент, попадая в акустическое поле, создаваемое излучателем, диспергируется на мельчайшие частички, что приводит к значительному увеличению поверхности контакта фаз и, как следствие, к более эффективному использования реагента по назначению. Наличие в акустическом поле градиента скоростей и знакопеременного давления способствует равномерному распределению продиспергированного реагента по всему объему очищаемой воды и устранению застойных зон в аппаратах очистки воды. Практическая реализация предлагаемого способа приводит к повышению эффективности использования жидких и газообразных реагентов, улучшению экологических показателей процесса и повышению качества питьевой и сточной воды.

Представленная на фигуре 1 установка работает следующим образом. Вода под давлением не менее 3 ати подается в трубопровод 1 на входное отверстие излучателей 14, которые находятся в магистральной трубе 15. На выходе излучателей возникают акустические колебания, при этом обработка очищаемой воды проводится при пороговом значении звукового давления, например, для питьевой воды, равном 1,2 Вт/см². При возбуждении акустических колебаний в резонаторных камерах излучателя возникает разрежение (вакуум), за счет которого затягивается химреагент через патрубки 13, которые расположены горизонтально оси ввода химреагента и соединены с коллектором 11 при помощи химически стойких гибких шлангов 12. В случае снижения давления воды в трубопроводе 1 предусмотрено автоматическое запорное устройство 4, предотвращающее попадание воды из магистрального трубопровода 15 в хранилище химреагента, например в хлораторную. Расположение гидроакустических излучателей 14 и их выходных сопел относительно оси потока очищаемой воды регулируется в зависимости от диаметра магистрального трубопровода и находится в пределах 7 - 15 градусов как по горизонтали, так и по вертикали. Если установка вмонтирована в магистральный трубопровод, то в случае необходимости ремонта деталей и узлов акустических излучателей не требуется остановка водовода 15. Для этих целей закрывается вентиль 3, тем самым прекращается подача химреагента и воды в излучатель 14. С помощью уплотнения "Вильсона" 5 поднимаем установку в камеру-шлюз 6. Задвижкой 8 отсекается камера-шлюз 6 от магистральной трубы 15, исключая опорожнение водовода. Затем снимаются крышки камеры-шлюза, вынимается установка и осуществляется необходимый ремонт. После выполнения ремонта установка возвращается в первоначальное положение.

Результаты испытаний по заявленному способу очистки приведены в примерах 1, 2.

Пример 1.

В качестве объекта для проведения процесса очистки питьевой воды был выбран действующий бассейн на водопроводной станции производительностью 50 тыс. м³ в сутки. Для очистки воды коагулянтом ( жидким сернокислым алюминием) способом прототипа требуется доза коагулянта 4 мг/л, предлагаемым способом - 2,5 мг/л. При этом качество воды по конкретному ингредиенту соответствовало требованиям ГОСТа, а расход сернокислого алюминия снижен более чем на 30%. Представленный результат получен при испытании в зимний период. В зависимости от сезона года снижение расхода сернокислого алюминия достигается в 30 - 50%.

На том же объекте для обеззараживания воды газообразным хлором по способу прототипа требуется доза хлора 3 мг/л, предлагаемым способом - 1,2 мг/л. При этом общее микробное число (ОМЧ) и качество воды по конкретному ингредиенту соответствовали требованиям ГОСТа, а расход хлора снижен более чем на 50%. Представленный результат получен при испытаниях в осенний период. В зависимости от сезона года снижение расхода хлора достигается в пределах 30 - 60%.

Пример 2.

В качестве объекта для проведения очистки сточной воды был выбран действующий трубопровод станции аэрации городских сточных вод производительностью 200 тыс. м³ в сутки. Для обеззараживания воды хлорной водой способом прототипа требуется доза хлора 4 мг/л, предлагаемым способом - 2 мг/л, при этом качество очищенной воды соответствовало требованиям ГОСТа, а расход хлора снижен на 50%. В зависимости от степени загрязнения сточных вод было достигнуто снижение расхода хлора в пределах 30 - 60%.

Таким образом, использование предлагаемого способа очистки воды обеспечивает следующие преимущества:
1. Интенсифицирует процесс очистки питьевой и сточной воды в открытых бассейнах и трубопроводах при использовании жидких и газообразных химреагентов;
2. Снижает расход жидких реагентов на 30 - 50% в зависимости от сезона года и от степени загрязнения очищаемой воды;
3. Снижает расход газообразных реагентов на 30 - 60% в зависимости от степени загрязнения очищаемой воды;
4. Обеспечивает при минимальном расходе обеззараживающего реагента (например, хлора) соответствие ОМЧ ниже требованиям ГОСТа;
5. Улучшает экологические показатели процесса очистки воды;
6. Обеспечивает низкие энергетические затраты и удобство при эксплуатации и ремонте установки;
7. Обеспечивает очистку воды в неограниченном количестве.

Изобретение относится к водоподготовке и водоочистке. Способ очистки питьевой и сточной воды в открытых бассейнах и трубопроводах включает подачу коагулянта и/или окисляющего реагента в очищаемую воду, при этом возбуждаются акустические колебания в очищаемой жидкости и одновременно создается вакуумная зона вследствие пропускания очищаемой воды через гидроакустический излучатель. Способ позволяет снизить расход реагентов на очистку и повысить ее эффективность и летальность микроорганизмов. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки воды, включающий ее обработку окисляющим реагентом и/или коагулянтом под воздействием акустических колебаний, отличающийся тем, что подачу окисляющего реагента и/или коагулянта осуществляют через резонаторные камеры гидроакустических излучателей за счет разряжения, создаваемого потоками очищаемой воды, проходящей через упомянутые излучатели, при этом излучатели ориентированы так, чтобы акустический поток, создаваемый излучателями, был направлен навстречу потоку очищаемой воды, а оси выходных сопел излучателей расположены под углом не менее 7^o от направления очищаемого потока и от перпендикуляра к направлению очищаемого потока, причем очистку ведут при пороговых значениях звукового давления. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оси выходных сопел излучателей расположены под углом 7 - 15^o от направления очищаемого потока, при этом оси излучателей, находящихся на одной вертикали, направлены навстречу друг другу. 3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что в качестве окисляющих реагентов используют хлор, или хлорную воду, или озон, а в качестве коагулянта - раствор сернокислого алюминия. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при проведении очистки в магистральном трубопроводе трубы для подачи реагентов и воды снабжены уплотнителем Вильсона с одной стороны и гибкими шлангами для соединения с излучателями с другой стороны.