УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/74 C02F1/32 C02F1/34 

Изобретение относится к установкам обработки и очистки воды путем воздействия на нее воздухом и ультрафиолетом и может найти применение при очистке и обработке воды питьевого, хозяйственного назначения, природных и сточных вод и иных водных растворов и сред от широкого спектра вредных веществ, в том числе растворенных органических веществ, ядов, радиоактивных веществ и патогенной микрофлоры.

Известна установка для очистки и обеззараживания природных, преимущественно питьевых, вод, содержащая подводящую магистраль, узел предварительной очистки с линией отвода концентрата, снабженной дроссельным устройством, узел сорбционной очистки и линию отвода воды потребителю. Установка снабжена реактором-деструктором, выполненным в виде герметичного корпуса, содержащего две камеры: кавитационную камеру с излучателем ультразвуковых колебаний, вход которой соединен с выходом узла предварительной очистки, и фотохимическую камеру с источником ультрафиолетового излучения, выход которой соединен с входом узла сорбционной очистки. Узел предварительной очистки включает один половолоконный ультрафильтр или батарею параллельно соединенных половолоконных ультрафильтров. Узел сорбционной очистки включает один сорбционный фильтр или батарею параллельно включенных сорбционных фильтров. Установка может быть снабжена насосом с фильтром грубой очистки, установленным на подводящей магистрали, и четырехходовым краном на входе узла предварительной очистки [Патент РФ №2109688, кл. C02F 1/00, C02F 9/00, опубл. 1998.04.27].

Недостатками этой установки являются низкая степень очистки обрабатываемой воды от растворенных органических, неорганических, радиоактивных веществ и токсинов биологического происхождения и относительно низкая ее производительность.

При сложном химическом составе обрабатываемой и очищаемой воды требуются повторные ступени очистки с помощью дополнительных окислителей, что приводит к дальнейшему усложнению конструкции установки и увеличивает ее габариты.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для обработки и очистки воды питьевого и хозяйственного назначения, также сточных вод, включающая последовательно установленные рабочий модуль, узлы разделения фаз, шлакосброса, доочистки и линию отвода чистой воды, при этом рабочий модуль имеет форсунку с кавитатором, источник ультрафиолетового света, линии подачи обрабатываемой воды и воздуха и линию отвода обработанной воды [Патент РФ №2272791, кл. C02F 1/74, В01F 5/02, опубл. 2006.03.27].

По оси рабочего модуля размещена форсунка для распыла эжектирующей воды. После рабочего модуля установлен узел разделения фаз - гидроциклон. Гидроциклон соединен с насыпным фильтром, имеющим выходной канал для очищенной воды. На рабочем модуле имеется участок, проницаемый для светового потока от источника света и установленный над трубой перед гидроциклоном и за ним соответственно электромагниты. Форсунка соединена механически с источником ультразвуковых колебаний. Выход рабочего модуля может быть соединен вместо гидроциклона с последующим насыпным фильтром с накопительно-разделительным бункером, снабженным выходным каналом для очищенной воды. Для регулирования количества подаваемого в воду воздуха предусмотрена перемещаемая заслонка на входе трубы. Для отвода воздуха после обработки воды предусмотрены каналы на гидроциклоне, насыпном фильтре и накопительно-разделительном бункере.

Недостатком известной установки является сравнительно низкая степень очистки воды сложнозагрязненного состава от широкого спектра вредных веществ, в том числе растворенных органических веществ, неорганических трудноокисляемых веществ, ядов и радиоактивных веществ, не позволяет избавляться от многих примесей, присутствующих в воде, несмотря на наличие многих ступеней очистки и обработки воды (например, узлов омагничивания).

Задачей предложенной установки является повышение степени обработки и очистки воды от широкого спектра вредных веществ, в том числе растворенных органических веществ, неорганических трудноокисляемых веществ, ядов и радиоактивных веществ, повышение степени обеззараживания обрабатываемой воды от патогенной микрофлоры за счет наиболее глубокого и полного окисления как минеральных, так и органических загрязнений воды.

Задачей изобретения является также увеличение ресурса работы установки и сокращение ступеней очистки.

Поставленная задача достигается тем, что в установке для обработки и очистки воды, включающей последовательно установленные рабочий модуль, узлы разделения фаз, шлакосброса, доочистки, и линию отвода чистой воды, в которой рабочий модуль имеет форсунку с кавитатором, источник ультрафиолетового света, линии подачи обрабатываемой воды и воздуха и линию отвода обработанной воды, при этом рабочий модуль выполнен в виде последовательно соединенных эжекторной камеры, камеры смешения и облучения и установленной коаксиально с внешней их стороны световой камеры, форсунка с кавитатором установлена коаксиально в эжекторной камере, в стенках которой выполнены отверстия для поступления воздуха, световая камера имеет по торцам фланцы, на одном из которых укреплены эжекторная камера и форсунка, а на втором выполнены отверстия для подачи воздуха и закреплена камера смешения и облучения обрабатываемой воды, источник ультрафиолевого света установлен на внутренней стенке световой камеры напротив камеры смешения и облучения обрабатываемой воды, стенки которой выполнены из прозрачного материала.

Обычно узел разделения фаз выполнен в виде гидроциклона или безнапорного электролизера-разделителя, а в качестве узла доочистки использован насыпной фильтр или биореактор.

Предпочтительно стенки световой камеры выполнены из светоотражающего материала или со светоотражающим покрытием.

Эжекторная камера выполнена в виде соединенных цилиндра и конуса, сужающегося к выходу форсунки, при этом отверстия для поступления воздуха в эжекторную камеру выполнены в цилиндрической части камеры в виде щелей.

На фиг.1 представлена общая схема установки. На фиг.2 - рабочий модуль установки.

Установка для обработки и очистки воды содержит накопительную емкость 1, соединенную через центробежный фекальный насос 2 с рабочим модулем 3. Модуль 3 соединен с узлом разделения фаз 4, имеющим бункер накопитель шлама 5. Узел 4 через байпасную линию соединен с узлом доочистки воды 6.

В качестве узла разделения фаз 4 может быть использован, например, гидроциклон любого типа, или безнапорный вихрединамический электролизер-разделитель, или иной аппарат, предназначенный для разделения газовой, жидкой и твердой фаз, из которых состоит вода, обработанная в световом модуле.

Безнапорный электролизер-разделитель представляет собой устройство, сочетающее безнапорную гидроциклонную и электролизную обработку воды.

В качестве узла доочистки воды может быть использован любой насыпной фильтр или биореактор.

Биореактор представляет собой фильтр затопленного типа, состоящий из двух частей: одна, засыпанная загрузкой (например, кольца рашига), а другая - свободная от загрузки для накопления обработанной воды. Загрузка биореактора заселена микроорганизмами, осуществляющими биохимическую переработку оставшейся в воде органики. В нижней части биореактора загрузка более крупная по своим размерам, чем в верхней. Это необходимо для того, чтобы продукты переработки органики и избыточная биомасса микроорганизмов, нарастающая на поверхностях загрузки, легко вымывались из загрузки и не заиливали реактор.

Рабочий модуль 3 установки содержит эжекторную камеру 7, камеру смешения и облучения обрабатываемой воды 8 и установленную коаксиально с внешней их стороны световую камеру 9. Модуль 3 снабжен парубком подачи воды 10, средством подачи воздуха и патрубком 11 отвода обработанной воды.

Коаксиально в эжекторной камере 7 установлен кавитатор 12 с форсункой 13. В стенках эжекторной камеры 7 выполнены отверстия 14 для поступления в нее воздуха. Эжекторная камера 7 выполнена в виде соединенных цилиндра и конуса, сужающегося к выходу форсунки 13, и имеет отверстия 14 для поступления в нее воздуха, выполненные в цилиндрической части камеры в виде щелей.

По торцам световой камеры 9 укреплены фланцы 15 и 16. Источник ультрафиолетового света 17 установлен на внутренней стенке световой камеры 9 напротив камеры смешения и облучения обрабатываемой воды 8. Эжекторная камера 7 и кавитатор 12 укреплены на фланце 15 световой камеры 9, а на фланце 16 закреплена камера смешения и облучения обрабатываемой воды 8 и выполнены отверстия для подачи воздуха 18. Стенки световой камеры 9 покрыты светоотражающим покрытием.

Стенки камеры смешения и облучения обрабатываемой воды 8 выполнены из прозрачного материала.

Установка работает следующим образом.

Из приемной емкости 1 фекальным насосом 2 с расходом 21.0-25.0 м³/час и давлением не менее 0.5 МПа в рабочий модуль 3 подаются, например, сточные воды, содержащие взвешенные вещества и твердые включения с размером, не превышающим 9 мм,

Кавитатор 12 рабочего модуля 3 обеспечивает: разрушение бактерий и вирусов, содержащихся в воде; деструкцию крупных молекул органики, в том числе и нефтепродуктов; частичный перевод в газообразное состояние растворенных в воде газов в виде мелкодиспергированных пузырьков.

Из кавитатора 12 газоводяная смесь поступает через форсунку 13 в эжекторную камеру 7.

Форсунка 13 обеспечивает распыление воды с образованием струи мелко диспергированных капель, которая, с большой скоростью поступая в эжекторную камеру 7, эффективно смешивается с эжектируемым воздухом.

Эжектируемый воздух предварительно проходит световую камеру 9, в которой в процессе облучения насыщается озоном.

В результате в стеклянную камеру смешения и облучения ультрафиолетом обрабатываемой воды 8 поступает газоводяная эмульсия, имеющая огромную поверхность как для облучения, так и для контакта с газовой фазой.

Благодаря светоотражающему покрытию внутренних поверхностей световой камеры 9 и в особенности оптическим свойствам газоводяной смеси, состоящей из мелко диспергированных капель воды и газовых пузырьков, обеспечивающим многократность отражения и поглощения ультрафиолетовых лучей, осуществляется высокая интенсивность облучения обрабатываемой воды. При этом в каплях воды и в пузырьках воздуха дополнительно образуются такие сильные окислители, как молекулярный кислород и озон.

Сочетание кавитационной обработки воды с распылением воды в мелко диспергированную капельно-газовую струю и ее ультрафиолетовым облучением создает условия для фотоокислительных процессов, что позволяет наиболее глубоко и полно окислить как минеральные, так и органические загрязнения, и практически на выходе из рабочего блока получать воду, содержащую «осколки» тяжелой органики.

Кавитация не только уничтожает микробы, но и разрушает крупные молекулы органики, являющиеся центрами образования каверн. А вследствие сопоставимости по размерам микробов и молекул с молекулами тяжелых нефтепродуктов следует, что совместное сочетание ультрафиолетового воздействия и кавитации способно окислить и некоторые нефтепродукты.

Далее вода поступает на узел разделения фаз 4, из которого шлам скапливается в бункере 5.

При использовании безнапорного электролизера-разделителя в качестве узла разделения фаз из обрабатываемой воды удаляется значительная часть взвешенных веществ и газовой фазы и приводится в энергетически равновесное состояние обрабатываемая вода как система, нарушение энергетического равновесия которой возникает на молекулярном уровне при ее ультрафиолетовым облучении рабочим модуле 3, в то же время создаются условия эффективной коагуляции коллоидных частиц, находящихся в обрабатываемой воде.

Осветленная вода поступает для использования как готовый продукт или для более высокой очистки воды в узел доочистки воды 6.

Таким образом, предложенная установка является надежной, поскольку высок ресурс ее работы за счет отсутствия в ней движущихся частей и "заменяемых" загрузок, универсальной за счет комплексной обработки воды, и может быть использована для обработки и очистки самых различных вод, содержащих естественные загрязнения, органические вещества, фенолы, альдегиды, пестициды, гербициды, соли тяжелых металлов, ядохимикаты, радиоактивные и бактериальные носители, а кроме того, установка проста по конструкции и в эксплуатации.

Установка может найти применение для обработки и очистки воды питьевого, хозяйственного назначения, природных и сточных вод и иных водных растворов. Установка включает последовательно установленные рабочий модуль, узлы разделения фаз, шлакосброса, доочистки и линию отвода чистой воды. Рабочий модуль выполнен в виде последовательно соединенных эжекторной камеры, камеры смешения и облучения и установленной коаксиально с внешней их стороны световой камеры. Форсунка с кавитатором установлена коаксиально в эжекторной камере, в стенках которой выполнены отверстия для поступления воздуха. Световая камера имеет по торцам фланцы, на одном из которых укреплены эжекторная камера и форсунка, а на втором - выполнены отверстия для подачи воздуха и закреплена камера смешения и облучения обрабатываемой воды. Источник ультрафиолетового света установлен на внутренней стенке световой камеры против камеры смешения и облучения обрабатываемой воды, стенки которой выполнены из прозрачного материала. Рабочий модуль предлагаемой конструкции позволяет повысить степень обработки и очистки воды от широкого спектра вредных веществ, в том числе растворенных органических веществ, неорганических трудноокисляемых веществ, ядов и радиоактивных веществ, повысить степень обеззараживания обрабатываемой воды от патогенной микрофлоры за счет наиболее глубокого и полного окисления как минеральных, так и органических загрязнений воды. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для обработки и очистки воды, включающая последовательно установленные рабочий модуль, узлы разделения фаз, шлакосброса, доочистки, и линию отвода чистой воды, при этом рабочий модуль имеет форсунку с кавитатором, источник ультрафиолетового света, линии подачи обрабатываемой воды и воздуха и линию отвода обработанной воды, отличающаяся тем, что рабочий модуль выполнен в виде последовательно соединенных эжекторной камеры, камеры смешения и облучения и установленной коаксиально с внешней их стороны световой камеры, форсунка с кавитатором установлена коаксиально в эжекторной камере, в стенках которой выполнены отверстия для поступления воздуха, световая камера имеет по торцам фланцы, на одном из которых укреплены эжекторная камера и форсунка, а на втором выполнены отверстия для подачи воздуха и закреплена камера смешения и облучения обрабатываемой воды, при этом источник ультрафиолетового света установлен на внутренней стенке световой камеры против камеры смешения и облучения обрабатываемой воды, стенки которой выполнены из прозрачного материала.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве узла доочистки использован насыпной фильтр или биореактор.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел разделения фаз выполнен в виде гидроциклона или безнапорного электролизера-разделителя.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стенки световой камеры покрыты светоотражающим покрытием.5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что эжекторная камера выполнена в виде соединенных цилиндра и конуса, сужающегося к выходу форсунки.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия для поступления воздуха в эжекторную камеру выполнены в цилиндрической части камеры в виде щелей.