СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ СИНЕРГЕТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/50 C02F9/12 C02F9/12 C02F1/32 C02F1/34 

Описание патента на изобретение RU2209772C2

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к обеззараживанию как питьевой, так и сточной воды, может быть использовано в сельском и коммунальном хозяйствах для населенных пунктов численностью населения до 100000 человек, а также пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известен способ обеззараживания сточных вод, при котором поток воды обрабатывают гидродинамическим воздействием (см. патент РФ 2057079 от 27.03.96). Гидродинамическое воздействие осуществляют таким образом, при котором поток разделяют и пропускают через ряд параллельных объемов, выполненных в виде труб Вентури.

К недостаткам данного способа можно отнести низкую интенсивность кавитационных процессов, следствием чего является необходимость повторного цикла обработки воды.

Известен также способ обеззараживания воды, при котором в проточных объемах осуществляют синергетическое воздействие на обеззараживаемый поток, осуществляя гидродинамическую обработку и последующую обработку ультрафиолетовым излучением (см. заявку Франции 2637582 от 13.04.90).

К недостаткам данного способа относится невысокая эффективность гидродинамической обработки, которую осуществляют кавитацией, путем возбуждения турбулизацией потока кавитационных явлений без дополнительных побуждающих кавитацию приемов.

Перед разработчиками была поставлена задача: создать способ обеззараживания воды синергетическим воздействием с повышенной эффективностью на первом этапе воздействия - гидродинамической кавитацией, при которой обеспечивается разрушение колоний микробных клеток до уровня единичных клеток и дальнейшего разрушения наружной оболочки каждой клетки, на втором этапе воздействия - ультрафиолетовым облучением, обеспечивая окончательную стерилизацию потока, путем воздействия на белковые коллоиды клеток, изменяя их структуру и дисперсность, что обуславливает гибель микробной клетки.

Цель изобретения - повышение эффективности обеззараживания воды за счет увеличения синергетического воздействия путем интенсификации гидродинамической кавитации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обеззараживания воды синергетическим воздействием, при котором осуществляют в проточных объемах гидродинамическую кавитационную обработку потока воды и последующую обработку ультрафиолетовым облучением, предложено гидродинамическую кавитацию осуществлять ступенчато с помощью дополнительно устанавливаемых возбудителей кавитации, при этом перед началом кавитационной обработки поток воды сужают до достижении скорости потока 19,0-28,0 м/с, для чего площади поперечных сечений ступеней выбирают, исходя из следующих соотношений:
S1=(13,2÷14,6)•10-6Q; (1)
Si=nh(di+ai), (2)
где S1 - площадь поперечного сечения первой ступени, м2,
Q - расход воды, м2/ч,
Si - площадь поперечного сечения i-й ступени, м2,
аi - расстояние между возбудителями i-й ступени, м,
di - диаметр возбудителя i-й ступени, м,
n - количество возбудителей в каждой ступени,
h - высота возбудителей кавитации в каждой ступени, м,
(13,2÷14,6)•10-6 - коэффициент, определяющий обратную величину скорости потока воды перед первой ступенью возбудителей, ч/м,
при этом возбудители кавитации устанавливают в сечении ступени исходя из соотношений:


а ультрафиолетовое облучение проводят интенсивностью 13,5-15,0 мДж/см2.

Сущность происходящих процессов поясняется следующим. Негативный эффект кавитации - гидроабразивный износ металлов - в предлагаемом способе использован как положительный эффект, направленный на разрушение защитных барьеров клеток микроорганизмов, что обеспечивает обеззараживание как питьевых, так и сточных вод.

При поступлении на обработку гидродинамической кавитацией поток воды сужают до достижения скорости потока 19,0-28,0 м/с, далее возбуждают кавитационные процессы на каждой ступени обработки, обеспечивая образование мощных ударных волн, кумулятивных микроструй воды и высокотемпературных тепловых импульсов. Максимум интенсивности кавитации приходится на значение зоны кавитации, длина которой зависит от диаметра возбудителя кавитации (см. Козырев С. П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации М.: Машиностроение, 1964. - c.34):
l=3di,
где di - диаметр возбудителя кавитации, di=3-12 мм.

Многоступенчатое возбуждение гидродинамической кавитации требует, чтобы площади сжатых сечений канала последовательно увеличивались, иначе действие противодавления последующей ступени может уничтожить кавитационный факел предыдущей. Сечения ступеней проточного объема рассчитывают по вышеприведенным формулам (1) и (2).

При скорости потока менее 19,0 м/с энергии, высвобождающейся при прохождении кавитационных процессов, недостаточно для нарушения защитных барьеров микробных клеток. При скорости более 28,0 м/с, как показали исследования, значительно увеличивается гидравлическое сопротивление проходящему потоку за счет сильной турбулизации зон сжатого сечения, что приводит к снижению энергии потока, направленной на разрушение клеток.

Способ осуществляют следующим образом.

Поток обеззараживаемой воды с расходом Q и скоростью не менее 19,0 м/с направляют в проточный объем на первую ступень воздействия гидродинамической кавитацией, имеющую площадью поперечного сечения S1 и интенсивностью кавитационных процессов, обеспеченной возбудителями кавитации первой ступени. Здесь начинается процесс разрушения твердых микровключений, имеющих неорганический и органический состав, в том числе и живых микроорганизмов находящихся в воде, гибель части живых и ослабленных микроорганизмов, срыв специфических защитных барьеров микробных клеток в целом.

Последующие ступени кавитационной обработки с площадью поперечного сечения Si с n возбудителями гидродинамической кавитации в каждой ступени позволяют наиболее полно использовать накопленную энергию самого обеззараживаемого потока и способствуют дальнейшему разрушению клеток, значительно повышая их чувствительность к ультрафиолетовому облучению.

На фиг.1 представлена технологическая схема осуществления предлагаемого способа, на фиг.2 - схема проточного кавитационного генератора для осуществления предлагаемого способа обеззараживания воды синергетическим воздействием.

Обрабатываемая вода по трубопроводу 7 через задвижку 2, обеспечивающую необходимую скорость потока 19,0-28,0 м/с, поступает на первую ступень проточного объема 3 в виде кавитационного генератора, в корпусе 7 которого выполнен канал прямоугольного сечения. Симметрично оси канала расположены ступени цилиндрических возбудителей кавитации диаметрами: d1 - ступени 8, d2 - ступени 9, d3 - ступени 10. Необходимое противодавление в системе для изменения длины зоны кавитации создается установкой ультрафиолетового облучения с проточным объемом 4 и задвижкой 5, которая обеспечивает регулирование гидравлического сопротивления в системе проточных объемов 3 и 4.

После обработки гидродинамической кавитацией поток воды подают на ультрафиолетовую обработку в проточный объем 4, выполненный в виде камеры с погружными источниками ультрафиолетового излучения, в которой происходит ее окончательная стерилизация потока. Затем обработанный поток воды отводится по трубопроводу 6 для осуществления дальнейшего технологического процесса.

Для проведения практического осуществления способа были выбраны параметры проточного объема обработки гидродинамической кавитацией, параметры ультрафиолетовой обработки для проведения процесса обеззараживания питьевой и сточной воды для населенных пунктов с численностью населения 5000, 20000, 100000 человек со среднечасовым расходом и коли-индексом С0 соответственно:
а) для сточной воды 40, 160, 900 м3, С0=100000;
б) для питьевой воды 25, 100, 500 м3, С0=100.

Параметры и результаты исследований сведены в таблицу.

Пример выполнения расчета проточного объема для расхода сточной воды Q= 40 м.

1) По формуле 7 рассчитываем площадь поперечного сечения первой ступени, м2:
S1=13,5•10-6•40=5,4•10-4.

2) Принимаем, согласно указанному диапазону, диаметр возбудителя первой ступени равным d=0,005 м.

3) Из формулы 3 рассчитываем расстояние между возбудителями первой ступени, м:
а1=(-0,175•12+0,975•1-0,3)•(0,005=0,0025.

4) Из формулы 4 определяем высоту возбудителей:
h=(0,125•12-0,625•1+1,45)•(0,005=0,0048.

5) Находим ширину канала первой ступени как B1=S1/h, м,
В1=5,4•10-4/0,0048=0,113.

6) Количество возбудителей в ступени определяем из формулы 2 (с округлением в большую сторону):
n=5,4•10-4/(0,0048(0,005+0,0025)=15.

7) Диаметр возбудителей второй и третьей ступеней находится из формулы 4, м:
d2=0,0048/(0,125•22-0,625•2+1,45)=6,9•10-3,
d3=0,0048/(0,125•32-0,625•3+1,45)=6,9•10-3.

8) Аналогично п.3 рассчитываем расстоян a2=0,0066 м, а3=0,0072 м.

9) По формуле 2 определяем площадь поперечного сечения второй и третьей ступеней, м2: S2=15•0,0048(0,0069+0,0066)=9,7•10-4; S3= 15•0,0048(0,0069+0,0072)=10,2•10-4.

10) Аналогично п.5 находим ширину канала второй и третьей ступеней, м:
В2=9,7•10-4/0,0048=0,202; B3=10,2•10-4/0,0048=0,212.

На основании полученных результатов видно, что использование предложенного способа позволяет увеличить расход воды через ультрафиолетовую установку на 11±1%, что приводит к снижению себестоимости обработки воды и увеличению экономического эффекта от использования данной технологии.

Похожие патенты RU2209772C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ ВОДНЫХ СИСТЕМ 2005
  • Косулина Татьяна Петровна
  • Дедикова Татьяна Григорьевна
  • Лукаш Роман Михайлович
RU2284964C1
СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ СИНЕРГЕТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ 2010
  • Беляев Андрей Николаевич
  • Флегентов Игорь Владимирович
RU2445272C1
СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Свищев Александр Иванович
  • Журавлев Игорь Евгеньевич
  • Сотников Виталий Николаевич
  • Масюк Ирина Борисовна
  • Иванютенко Юрий Александрович
  • Беляев Андрей Вячеславович
RU2585635C1
СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ И СТОЧНЫХ ВОД И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Петраков Александр Дмитриевич
  • Радченко Сергей Михайлович
  • Гурков Виктор Васильевич
RU2328449C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД 1996
  • Ульянов А.Н.
  • Локтев О.А.
  • Теленков И.И.
  • Земсков Е.М.
  • Казанский В.М.
  • Прокофьев В.С.
RU2092448C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД 2020
  • Шевченко Андрей Станиславович
  • Переведенцев Сергей Владимирович
  • Локтионов Олег Георгиевич
RU2720613C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД 1999
  • Ульянов А.Н.
RU2170713C2
СИСТЕМА И СПОСОБ ЭФФЕКТИВНОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В ОБОРОТНЫХ ВОДАХ 2015
  • Елфимов Владимир Владимирович
  • Елфимов Павел Владимирович
  • Аветисян Армен Рудикович
  • Бурлов Владислав Васильевич
  • Юленец Юрий Павлович
  • Дидиченко Артём Павлович
  • Попов Сергей Владимирович
RU2603391C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2011
  • Масик Игорь Васильевич
  • Филиппов Игорь Анатольевич
  • Либерцев Александр Михайлович
  • Тураев Рамзан Мухданович
RU2466099C2
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ И ПРИРОДНЫХ ВОД 2006
  • Петраков Александр Дмитриевич
  • Радченко Сергей Михайлович
  • Гурков Виктор Васильевич
RU2328450C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 209 772 C2

Реферат патента 2003 года СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ СИНЕРГЕТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к обеззараживанию как питьевой, так и сточной воды, может быть использовано в сельском и коммунальном хозяйствах, а также пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности. Для осуществления способа в проточных объемах проводят гидродинамическую кавитационную обработку потока воды и последующую обработку ультрафиолетовым облучением, причем гидродинамическую кавитацию осуществляют ступенчато с помощью дополнительно устанавливаемых возбудителей кавитации, при этом перед началом кавитационной обработки поток воды сужают до достижении скорости потока 19,0-28,0 м/с, для чего площади поперечных сечений ступеней выбирают, исходя из следующих соотношений: S=(13,2-14,6)•10-6 Q; Si=nh(dii), где S1 - площадь поперечного сечения первой ступени, м2; Q - расход воды, м3/ч; Si - площадь поперечного сечения i-й ступени, м2; аi - расстояние между возбудителями i-й ступени, м; di - диаметр возбудителя i-й ступени, м; n - количество возбудителей в каждой ступени; h - высота возбудителей кавитации в каждой ступени, м; (13,2-14,6)•10-6 - коэффициент, определяющий обратную величину скорости потока воды перед первой ступенью возбудителей, ч/м, при этом возбудители кавитации устанавливают в сечении ступени исходя из соотношений:


а ультрафиолетовое облучение проводят интенсивностью 13,5-15,0 мДж/см2. Способ обеспечивает повышение эффективности обеззараживания воды за счет увеличения синергетического воздействия путем интенсификации гидродинамической кавитации. 1 табл., 2 ил.

Формула изобретения RU 2 209 772 C2

Способ обеззараживания воды синергетическим воздействием, при котором осуществляют предварительную гидродинамическую обработку потока воды в кавитационном реакторе проточного типа с последующей обработкой ультрафиолетовым излучением, отличающийся тем, что гидродинамическую кавитацию осуществляют ступенчато с помощью дополнительно устанавливаемых возбудителей кавитации, при этом перед началом кавитационной обработки поток воды сужают до достижении скорости потока 19,0-28,0 м/с, для чего площади поперечных сечений ступеней выбирают, исходя из следующих соотношений:
S1= (13,2-14,6)•10-6 Q;
Si= nh(di+ai),
где S1 - площадь поперечного сечения первой ступени, м2;
Q - расход воды, м3/ч;
Si - площадь поперечного сечения i-й ступени, м2;
аi - расстояние между возбудителями i-й ступени, м;
di - диаметр возбудителя i-й ступени, м;
n - количество возбудителей в каждой ступени;
h - высота возбудителей кавитации в каждой ступени, м;
(1,32-14,6)10-6 - коэффициент, определяющий обратную величину скорости потока воды перед первой ступенью возбудителей, ч/м;
при этом возбудители кавитации устанавливают в сечении ступени исходя из соотношений:


а ультрафиолетовое облучение проводят интенсивностью 13,5-15,0 мДж/см2.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2209772C2

Автоматизированная система построения и корректировки маршрута движения транспортного средства 2016
  • Климентьев Александр Юрьевич
  • Климентьев Илья Александрович
RU2637582C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ 1997
  • Райлян Афанасий Афанасьевич
  • Котенко Андрей Владимирович
  • Микляев Андрей Владимирович
  • Куликовский Вадим Андреевич
  • Теленков Игорь Иванович
  • Ульянов Андрей Николаевич
RU2109688C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД 1999
  • Ульянов А.Н.
RU2170713C2
Пожарный двухцилиндровый насос 0
  • Александров И.Я.
SU90A1
US 5965093 А, 12.10.1999
US 5915161 А, 22.06.1999
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР 1922
  • Гебель В.Г.
SU2000A1

RU 2 209 772 C2

Авторы

Флегентов И.В.

Дегтерев Б.И.

Беляев А.Н.

Даты

2003-08-10Публикация

2001-05-03Подача