УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/32 C02F1/36 C02F103/02 

Изобретение относится к охране окружающей среды, к области очистки и обеззараживания промышленных и бытовых сточных вод, а также поверхностных водоисточников от различных по виду и характеру загрязнений, в частности к обработке мутных водных сред в протоке.

Проблема охраны окружающей среды является одной из наиболее серьезных проблем, поскольку потребность населения в достаточном количестве воды необходимого качества всегда остается жизненно важной. В воде поверхностных водоисточников наряду с примесями природного происхождения содержатся и различного рода химические загрязнения (пестициды, фенолы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов и др.), что обусловлено, в том числе сбросом в водоемы недостаточно очищенных производственных и бытовых сточных вод. Применяемые в настоящее время технологии и установки для обработки воды далеко не всегда обеспечивают необходимую степень очистки и обеззараживания водных сред.

Известно устройство для обработки воды (см. ЕР 0655417, С 02 F 1/32; C 02 F 1/36, 1995), состоящее из двухсекционного корпуса с узлами подачи воды на очистку и отвода очищенной воды. В первой по ходу движения воды секции расположен ультразвуковой вибратор, а во второй - лампа ультрафиолетового излучения в кварцевом чехле. Подаваемую на очистку воду подвергают воздействию ультразвуковых колебаний в кольцевом канале первой секции с последующей обработкой ультрафиолетовым облучением во второй секции реактора.

К недостаткам этого устройства относится то, что при использовании одного источника ультразвукового излучения и одного ультрафиолетового - зоны воздействия ультразвука и ультрафиолета разделены. Это приводит к значительным энергетическим затратам ультразвука при очистке кварцевого чехла ультрафиолетового излучателя от биообрастаний и отложения солей. Ультразвуковое воздействие на водную среду в узком канале не позволяет использовать полностью преимущества единственного ультразвукового излучателя, т.к. отсутствуют зоны концентрации ультразвукового поля, а использование одного источника ультрафиолетового излучения ограничивает производительность устройства и не обеспечивает достаточную степень очистки.

Известно устройство для обработки водных сред (см. РФ патент 2067079, C 02 F 1/36, 1996), содержащее проточный корпус с узлами подачи воды на обработку и отвода обработанной воды, состоящий из одной или нескольких секций, содержащих один или несколько ультразвуковых преобразователей. Один из вариантов исполнения известного устройства представляет собой корпус в виде прямого цилиндра с коаксиально расположенным в нем цилиндрическим ультразвуковым преобразователем. Обрабатываемую водную среду подвергают обработке в одном или нескольких полях стоячих ультразвуковых волн, при этом под действием ультразвука происходит выделение (флокуляция, осаждение агломерация или коагуляция) растворенных, суспендированных или эмульгированных в водной среде ингредиентов или микроорганизмов с последующим их отделением.

Недостатком этого устройства является низкая степень обеззараживания обрабатываемой водной среды, так как при обработке в устройстве происходит лишь частичное удаление патогенной микрофлоры, находящейся на твердых частицах, и также то, что обработку ведут при низких уровнях акустической мощности ультразвуковых колебаний.

Известно устройство для обработки воды (см. РФ свидетельство на полезную модель 13209, C 02 F 1/32, 2000), содержащее цилиндрический корпус с углами подачи воды на обработку и отвода обработанной воды, в основании которого выполнены отверстия, а внутри расположены поперечные дискообразные перегородки с отверстиями и лампы ультрафиолетового излучения в чехлах из прозрачного для - УФ излучения материала, установленные параллельно образующей цилиндрического корпуса по окружности и в центре. Устройство позволяет повысить степень обеззараживания обрабатываемой воды, однако стенки корпуса и защитных чехлов ламп ультрафиолетового облучения подвержены биообрастанию и отложению солей, особенно при эксплуатации устройства для высокомутных водных сред, что приводит к снижению производительности устройства и повышению энергетических затрат на единицу обрабатываемого объема.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для обработки водных сред (см. РСТ WO 00/58224, C 02 F 1/32, C 02 F 1/36, 2000), состоящее из цилиндрического корпуса с коаксиально расположенной в нем лампой ультрафиолетового излучения с защитным кварцевым чехлом и узлами подачи водной среды на обработку, ультразвуковой обработки и отвода обработанной воды.

Устройство по сравнению с перечисленными выше позволяет одновременно повысить степень очистки и обеззараживания обрабатываемой водной среды за счет воздействия на нее ультразвуком и ультрафиолетом в едином акустическом поле и при этом снизить биообрастание и отложение солей на стенках корпуса и защитном чехле лампы ультрафиолетового излучения.

Недостатками этого устройства являются ограничение объема обрабатываемой водной среды из-за неоднородного распределения интенсивности ультразвуковых колебаний в объеме устройства, а для повышения эффективности обработки требуется увеличение времени экспозиции. Кроме того, чтобы обеспечить необходимую производительность, соединяют, как правило параллельно, несколько устройств, что приводит к увеличению металлоемкости и энергетических затрат.

В основу изобретения поставлена задача создания многофункционального универсального устройства для обработки исходной воды любого состава с невысокими металлоемкостью и энергозатратами.

Технический эффект от использования предложенного устройства заключается в повышении степени очистки водных сред от органических, неорганических токсических загрязнений и повышении степени обеззараживания патогенной микрофлоры при одновременном сокращении времени обработки и снижении энергозатрат. Кроме того, устройство позволяет предотвратить биообрастание и отложение солей на внутренней поверхности корпуса устройств и поверхностях защитных чехлов, расположенных в корпусе ламп ультрафиолетового излучения.

Поставленная задача решается, а технический эффект достигается за счет того, что в устройстве для обработки воды, содержащем цилиндрический корпус с узлами подачи воды на обработку, обработки ультрафиолетом, ультразвуковой обработки и отвода обработанной воды, узел обработки воды ультрафиолетом состоит из группы, состоящей по крайней мере из двух ультрафиолетовых излучателей, снабженных защитными чехлами из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, и расположенных параллельно образующей цилиндрического корпуса по крайней мере по одной концентрической окружности, узел ультразвуковой обработки состоит из двух и более ультразвуковых излучателей, при этом два ультразвуковых излучателя могут быть расположены непосредственно около основания цилиндрического корпуса на его оси; два и более ультразвуковых излучателей могут быть расположены на оси корпуса на равных расстояниях друг от друга, устройство может быть снабжено группами ультразвуковых излучателей, расположенных вдоль оси корпуса равноудаленными друг от друга рядами по концентрическим окружностям одинакового или разных диаметров с центрами на оси корпуса, группы ультразвуковых и ультрафиолетовых излучателей чередуются от оси корпуса к его внутренней поверхности; ультразвуковые излучатели выполнены сменными и в виде тела вращения; тело вращения может представлять собой шар или цилиндр; расстояния между ультрафиолетовыми излучателями, ультразвуковыми излучателями, ультрафиолетовыми и ультразвуковыми излучателями могут быть кратны длине полуволны ультразвука, узел отвода очищенной воды устройства может быть соединен с узлом подачи воды на обработку аналогичного устройства.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез устройства для обработки воды; на фиг. 2 - вид по А-А на фиг.1; на фиг.3 - порядок установки излучателей в цилиндрическом корпусе устройства с чередованием ультразвуковых и ультрафиолетовых; на фиг.4 - блок, собранный из двух устройств для обработки воды.

Устройство для обработки воды (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 с узлом подачи воды на обработку 2, ультрафиолетовые излучатели 3 с защитными чехлами, выполненными из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, и ультразвуковые излучатели 4, расположенные в корпусе 1, а также узел отвода очищенной воды 5, при этом два крайних ультразвуковых излучателя 4 расположены непосредственно около оснований цилиндрического корпуса 1, кроме того, ультразвуковые излучатели 4 расположены на оси цилиндрического корпуса 1 на равном расстоянии друг от друга. На фиг.2 видно, что ультразвуковой излучатель 4 расположен на оси цилиндрического корпуса 1, а ультрафиолетовые излучатели 3 расположены по концентрической окружности на равных расстояниях друг от друга.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемую воду (водную среду), содержащую органические и/или неорганические, и/или токсические загрязнения, и/или патогенную микрофлору через узел подачи воды на обработку 2 подают в цилиндрический корпус 1 устройства для обработки воды, где ее подвергают одновременной обработке ультразвуковым и ультрафиолетовым облучением в едином акустическом поле. Ультрафиолетовые излучатели 3 - это лампы низкого давления с парами ртути.

Для обработки исходной воды с различными степенью и характером загрязнений и обеспечения высокой степени обработки (очистки и обеззараживания) при оптимальном соотношении интенсивности ультразвукового и ультрафиолетового облучения на единицу обрабатываемого объема для воды ультразвуковые излучатели выполнены съемными для подбора излучателей необходимой формы и генерирующих ультразвуковые колебания необходимой мощности частоты.

Под воздействием ультразвукового излучения происходит интенсивное образование парогазовых каверн и интенсивных пульсирующих вихрей по всему объему устройства, приводящее к разрыву цепей белков, жиров и углеводов, повреждению оболочек микроорганизмов и разрушению их на клеточном уровне при схлопывании каверн.

Одновременно происходит процесс объемного обезгаживания жидкости. В образующихся при этом микроскопических пузырьках растворенного в воде воздуха под воздействием ультрафиолетового излучения нарабатываются активные радикалы и окислители, например озон, которые способствуют более интенсивному протеканию фотохимических реакций, ускорению окисления растворенных в воде органических загрязнений и инактивации патогенной микрофлоры.

Представленное расположение ультразвуковых и ультрафиолетовых излучателей в объеме цилиндрического корпуса способствует интенсивному перемешиванию обрабатываемой воды, что также способствует повышению степени очистки и обеззараживания воды. При размещении только двух ультразвуковых излучателей их предпочтительно расположить непосредственно около основании цилиндрического корпуса на его оси, что позволит ультразвуковому полю занимать весь объем цилиндрического корпуса 1, включая узел подачи воды на обработку 2 и узел отвода очищенной воды 5.

Ультразвуковые излучатели выполняют сменными и в виде тела вращения, например, в форме шара или цилиндра, расстояния между ультрафиолетовыми излучателями, ультразвуковыми излучателями, ультрафиолетовыми и ультразвуковыми излучателями могут быть кратны длине полуволны ультразвука - это позволяет мощным окислителям, образующимся в процессе одновременного воздействия на воду ультрафиолетового излучения, ультразвука и акустических колебаний, распределиться по обрабатываемому объему однородно (равномерно). Очищенную и обеззараженную воду через узел отвода очищенной воды 5 отводят, например, потребителю.

Другое выполнение устройства - с чередующимся расположением ультрафиолетовых и ультразвуковых излучателей, порядок установки которых приведен на фиг 3. Такое расположение ультразвуковых и ультрафиолетовых излучателей еще больше расширяет функциональные возможности установки для обработки воды в случае необходимости обработки больших объемов воды в одном устройстве.

Узел отвода очищенной воды 5 устройства может быть соединен с узлом подачи воды на обработку 2 аналогичного устройства для обработки воды (фиг. 4). Последовательное соединение двух устройств значительно повышает надежность системы и еще более увеличивает ее обеззараживающие свойства.

Для увеличения производительности сдвоенные устройства (две последовательно соединенные установки) могут собираться в параллельно работающие цепочки с образованием очистных комплексов, станций и т.п., при этом всегда желательно иметь одну резервную цепочку.

Предложенное устройство позволяет провести практически полное обеззараживание (до 99,999%), т. е. полностью уничтожить любые формы (в том числе споровые) микроорганизмов, вирусы и простейшие в концентрациях до 10⁶ ед/л и количестве, недоступном для традиционных технологий, за счет того, что мощные окислители, образующиеся в процессе одновременного воздействия на виду ультрафиолетового излучения, ультразвука и акустических колебаний, распределяются по обрабатываемому объему однородно (равномерно). Устройство абсолютно не подвержено биообрастанию и отложению солей. Энергетические затраты на 1 м³/ч обрабатываемой воды не превышают 5-8 Вт для питьевой воды и 15-20 Вт для сточных вод.

Наличие в предложенном решении расположенных внутри одного корпуса групп ультразвуковых (по крайней мере двух) и ультрафиолетовых (не менее двух) излучателей в известных авторам источниках информации не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "новизна".

Предложенное устройство позволяет повысить степень очистки водных сред от органических, и/или неорганических, и/или токсических загрязнений и патогенной микрофлоры при одновременном сокращении времени процесса очистки и снижении энергозатрат, а также предотвратить отложение солей на корпусе устройства и поверхностях кварцевых чехлов ламп ультрафиолетового излучения за счет воздействия на очищаемую водную среду ультразвуком и ультрафиолетом в едином акустическом поле, что подтверждает его соответствие критерию "промышленная применимость".

Таким образом предложенное техническое решение позволяет создать многофункциональное и универсальное устройство с невысокими металлоемкостью и энергозатратами для обеззараживания и очистки воды любого состава.

Устройство относится к охране окружающей среды, очистке и обеззараживанию промышленных и бытовых сточных вод, а также поверхностных водоисточников от различных по виду и характеру загрязнений, в частности обработке мутных вод в протоке. Устройство содержит цилиндрический корпус с узлами подачи воды на обработку, обработки ультрафиолетом, ультразвуковой обработки и отвода обработанной воды. Узел обработки воды ультрафиолетом состоит из группы, состоящей по крайней мере из двух ультрафиолетовых излучателей, снабженных защитными чехлами из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, и расположенных параллельно образующей цилиндрического корпуса по крайней мере по одной концентрической окружности, а узел ультразвуковой обработки состоит из двух и более ультразвуковых излучателей. Технический результат состоит в повышении степени очистки и обеззараживания воды. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для обработки воды, содержащее цилиндрический корпус с узлами подачи воды на обработку, обработки ультрафиолетом, расположенным внутри цилиндрического корпуса, ультразвуковой обработки и отвода обработанной воды, отличающееся тем, что узел обработки воды ультрафиолетом состоит по крайней мере из двух ультрафиолетовых излучателей, снабженных защитными чехлами из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, и расположенных параллельно образующей цилиндрического корпуса по крайней мере по одной концентрической окружности, а узел ультразвуковой обработки состоит по крайней мере из двух ультразвуковых излучателей, расположенных вдоль оси цилиндрического корпуса равноудаленными двумя и более рядами, при этом в каждом ряду один ультразвуковой излучатель расположен на оси корпуса, а остальные - по крайней мере по одной концентрической окружности, ультразвуковые и ультрафиолетовые излучатели чередуются от оси корпуса к его внутренней поверхности, а расстояния между ультразвуковыми излучателями, ультрафиолетовыми излучателями, ультразвуковыми и ультрафиолетовыми излучателями кратны длине полуволны ультразвука. 2. Устройство для обработки воды по п. 1, отличающееся тем, что ультразвуковые излучатели выполнены сменными и в виде тела вращения. 3. Устройство для обработки воды по п. 2, отличающееся тем, что тело вращения представляет собой шар или цилиндр. 4. Устройство для обработки воды по пп. 1-3, отличающееся тем, что патрубок отвода обработанной воды устройства соединен с патрубком подачи воды на обработку аналогичного устройства.