ТРЕХСЕКЦИОННЫЙ КОНТАКТНЫЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ ОЗОНОМ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/78 

Изобретение относится к технике обработки воды озонированием и может быть использовано, в частности, для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, для дезинфекции оборотной воды бассейнов.

Из уровня техники известна установка для озонирования воды, содержащая систему подготовки воздуха, соединенную с генератором озона, источник электропитания, реакционную емкость в виде контактного резервуара, разделенного на отдельные секции вертикальными поперечными перегородками, поочередно примыкающими ко дну контактного резервуара, и перегородками, установленными с зазором относительно дна, обеспечивающими последовательное перетекание воды из секции в секцию от входа в контактный резервуар к выходу из него, при этом в нижней части каждой секции установлены диспергаторы озоно-воздушной смеси, сообщенные с генератором озона, систему деструкции остаточного озона, волновой генератор или устройство для возбуждения ударных волн, размещенные в нижней части секции контактного резервуара, которые могут быть объединены в отдельные модули контейнерного типа (Патент РФ №2169122, C02F 1/78, опубл. 2001).

К недостаткам известной установки относится то, что направление движения воды в секциях происходит не параллельно стенкам контактного резервуара, а по диагонали, что обусловлено конструкцией межсекционных перегородок (Фиг.1), тогда как исходное направление движения пузырьков озоно-воздушной смеси снизу вверх.

Вследствие этого в каждой секции контактного резервуара образуются по две угловые застойные зоны с круговой циркуляцией воды и пузырьков озоно-воздушной смеси.

В застойных зонах повышается концентрация растворенного в ней озона, вследствие чего в этих местах выход озона из пузырьков озоно-воздушной смеси замедляется, а концентрация остаточного озона в газовой подушке секции увеличивается.

Кроме того, при направлении потока воды по диагонали снижается площадь поперечного сечения ядра потока и уменьшается время пребывания воды в реакционной зоне секции.

Из уровня техники также известна установка для озонирования воды, содержащая компрессор, к выходу которого подключена система подготовки воздуха, соединенная с входом блока генерации озона, к выходу которого подключены входы формирующих пузырьки озоно-воздушной смеси диспергаторов, размещенных в нижней части контактного бассейна, который разделен на N секций с помощью N-1 поперечных вертикальных перегородок, причем перегородки с четным порядковым номером примыкают ко дну бассейна, поперечные вертикальные перегородки с нечетным порядковым номером имеют высоту больше уровня воды в контактном бассейне, вход для воды размещен в верхней части первой секции, а выход для воды - в последней секции, отличающаяся тем, что поперечные вертикальные перегородки с четным порядковым номером имеют высоту больше уровня воды в контактном бассейне, перегородки с нечетным порядковым номером примыкают ко дну бассейна, в верхней части секций с номерами n>1 расположены дополнительные входы для воды, выход для воды связан с дополнительными выходами для воды, размещенными в нижней части секций с номерами n=1…, N-1 (Патент РФ №2214369, C02F 1/78, опубл. 2003).

Эта установка имеет тот же недостаток, что и установка по патенту РФ №2169122. Вода в секциях движется также по диагонали, только направление движения воды в секциях изменены на противоположные в сравнении с установкой по упомянутому патенту (см. Фиг.2).

Наиболее близким аналогом изобретения, взятым за прототип, является установка для озонирования воды, включающая систему предварительной подготовки воздуха, источник электропитания, генератор озона, сообщенный с диспергаторами озоно-воздушной смеси, установленными в придонной части секции контактного резервуара, систему подачи воды, сообщенной с источником обрабатываемой воды, отводной трубопровод для очищенной воды и систему для последовательного перетекания обрабатываемой воды из секции в секцию, содержащую межсекционные перегородки, поочередно примыкающие ко дну контактного резервуара, и перегородки, установленные с зазорами относительно дна (Патент РФ №2207985, C02F 1/78, опубл. 2007).

К недостаткам данной установки относится то, что поток воды в секциях контактного резервуара движется по диагонали, а исходный поток озоно-воздушной смеси имеет вертикальное направление снизу вверх, в результате чего возникают угловые застойные зоны с местной круговой циркуляцией воды с растворенным в ней озоном. По этой причине расчетное время пребывания в зоне обработки озоном для диагонального потока воды сокращается, а для циркулирующей части воды - увеличивается, что снижает степень очистки воды в целом.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение заданного движения потока воды в каждой секции контактного резервуара (спутный поток воды и озоно-воздушной смеси в первой и третьей секциях, противоток воды и озоно-воздушной смеси во второй секции), при последовательном перетекании воды из секции в секцию, и равномерного распределения ее по поперечному сечению каждой секции контактного резервуара.

Решение указанной задачи достигается тем, что в трехсекционном контактном резервуаре для обработки воды озоном, включающим: три сообщающиеся между собой герметичные реакционные емкости, выполненные предпочтительно из бетона каждая в виде параллелепипеда, расположенные между напорным отсеком, соединенным с источником обрабатываемой воды, и сливным отсеком, имеющим отвод для подачи воды потребителю, а также оборудованным системой подачи озоно-воздушной смеси в каждую реакционную секцию и ее диспергирования в воду, системой отведения и деструкции остаточного озона в озоно-воздушной смеси дополнительно между первой - 1 и второй - 2 секциями контактного резервуара (см. Фиг.3) установлен межсекционный перепускной отсек - 6, с перегородкой посередине - 7, разделяющей межсекционный отсек на 2 полости, сообщающиеся через сквозной канал - 19, и каждая секция дополнительно оборудована перфорированными трубами, заглушенными с одного торца, одна группа из них - 8, 9, 10 установлена вверху под уровень горизонта воды в секции, а другая группа - 11, 12, 13 установлена у дна секции ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси - 16, 17, 18, при этом открытые торцы труб, установленных вверху у горизонта воды - 8 и 9 первой и второй секции, сообщены с соответствующими полостями межсекционного перепускного отсека - 6, а открытые торцы придонных труб - 11 первой секции сообщены с напорным отсеком - 4, придонные трубы второй и третьей секции состыкованы между собой, верхние трубы у горизонта воды третьей секции сообщены со сливным отсеком - 5.

Межсекционный перепускной отсек - 6 с перегородкой посередине - 7 выполнен из двух параллельных стенок, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,8…1,4 м, высотой выше уровня воды в секциях - 1 и 2.

Отверстия перфорации в трубах - 9, 11, 12, 13 для прохода воды выбраны диаметром 20…25 мм, а суммарная площадь отверстий в трубах отдельных секций, установленных под уровень горизонта воды - 8, 9, 10 и у дна секций - 11, 12, 13; равна 0,01…0,02 площади поперечного сечения секции резервуара.

На каждом уровне в каждой группе труб их оси установлены параллельно друг другу и размещены с шагом, равным от 17 до 25% глубины погружения диспергаторов в секции.

Установленные в верхней части секций - 1 и 3, заглушенные с одного торца перфорированные трубы - 8 и 10, могут быть выполнены с одним продольным рядом прямоугольных окон с каждой боковой стороны с соотношением высоты окон к ширине 2:1, а суммарная ширина окон в одном ряду равна половине рабочей длины трубы, при этом в зоне расположения окон поверхность трубы выполнена плоской, и каждый ряд окон снабжен накладной рейкой с прямолинейной верхней рабочей кромкой с возможностью установки рабочей кромки параллельно и ниже уровня воды в секции на заданной глубине с обеспечением равенства расходов через единичное окно.

Выполнение перфорированных труб для распределения обрабатываемой воды между секциями контактного резервуара с накладками на прямоугольные отверстия, регулирующими толщину слоя воды над переливной кромкой, повышает степень равномерности распределения потоков воды по поперечному сечению секции контактного резервуара и, в конечном счете, увеличивает эффективность процесса озонирования воды.

В придонной части каждой секции контактного резервуара ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси вместо придонных перфорированных труб - 11, 12, 13 могут быть установлены горизонтальные перфорированные перегородки 20, 21, 22 (см. Фиг.4) с диаметром отверстий 20…25 мм, причем суммарная площадь отверстий в перегородках составляет 0,01…0,02 площади поперечного сечения секции, а в стенках первой и третьей секции выполнены сквозные каналы - 23, 24, расположенные ниже горизонтальных перфорированных перегородок.

Трехсекционный контактный резервуар поясняется чертежами. На Фиг.1 изображена схема смены направления потока воды на противоположное при ее перетекании из секции в секцию и схема течения воды в каждой секции в трехсекционном контактном резервуаре, принятом за прототип. Стрелками показаны направления движения воды.

На Фиг.2 изображена схема смены направления потока воды на противоположное при ее перетекании из секции в секцию и схема течения воды в каждой секции в трехсекционном контактном резервуаре с дополнительным вводом воды.

На фиг.3 изображена конструктивная схема предлагаемого трехсекционного контактного резервуара, где цифрами обозначены: 1, 2, 3 - секции контактного резервуара, 4 - напорный отсек, 5 - сливной отсек, 6 - перепускной межсекционный отсек, 7 - перегородка в межсекционном перепускном отсеке, 8, 9, 10 - перфорированные трубы верхнего уровня, 11, 12, 13 - перфорированные придонные трубы, 14 - входное отверстие для подачи воды, 15 - выходное отверстие для слива воды, 16, 17, 18 - диспергаторы озоно-воздушной смеси, 19 - сквозной канал в перегородке для прохода воды в перепускном отсеке. Полыми стрелками показаны направления движения потока озоно-воздушной смеси, а простыми стрелками - направления движения воды.

На фиг.4 изображена конструктивная схема предлагаемого трехсекционного контактного резервуара, в котором вместо придонных перфорированных труб установлены горизонтальные перфорированные перегородки 20, 21, 22, являющиеся идентичными по выполняемой функции, подача воды из напорного отсека в секцию - 1 и из секции - 2 в секцию - 3 осуществляется через каналы - 23, 24, расположенные ниже перфорированных перегородок.

На Фиг.5 изображена конструктивная схема установки регулирующих реек - 25 на перфорированной трубе - 8. Перфорированные трубы - 8, 10, установленные в верхней части первой и третьей секции контактного резервуара, осуществляющие прием воды внутрь через отверстия в боковых стенках и слив ее через открытый торец, выполнены с частично плоскими боковыми стенками, в верхней части которых выполнены на равном расстоянии друг от друга по длине трубы прямоугольные отверстия - 26, суммарная ширина которых равна половине трубы, и они снабжены накладными рейками - 25, с прямолинейными верхними кромками, установленными с двух сторон на боковых стенках с возможностью изменения вертикального положения ее верхней кромки относительно горизонта воды в контактном резервуаре и угла наклона для обеспечения необходимой высоты слоя воды над кромками в каждом отверстии и равенство расходов через каждое отверстие.

Заявленный трехсекционный контактный резервуар работает следующим образом: под давлением в напорном отсеке - 4 вода подается в первую секцию через перфорированные трубы - 11, установленные в нижней части этой секции. При выходе струй воды из внутренней полости труб в водный массив секции через отверстия перфорации диаметром 20…25 мм из-за резкого расширения струи происходит резкое снижение скорости от 600…700 мм/с и на удалении 300…400 мм от выхода скорость воды по всему поперечному сечению секции составляет 5…8 мм/с, что подтверждается экспериментами.

Поток воды остается равномерно распределенным на уровне диспергаторов - 16 и выше до входа в отверстия перфорации труб, установленных под уровень воды. Далее поток воды через открытый торец перфорированной трубы - 8 в верхней части этой секции поступает в межсекционный отсек - 6, обеспечивающий смену направления воды, и через перфорированные, заглушенные с одного торца трубы - 9 сверху поступает во вторую секцию контактного резервуара, направляется сверху вниз равномерно по поперечному сечению второй секции к придонным трубам 12.

Из открытых торцев перфорированных придонных труб - 12 второй секции вода поступает в перфорированную придонную трубу - 13 третьей секции и далее через верхнюю перфорированную трубу - 10 подается в сливной отсек - 5 и направляется потребителю.

Данная конструкция трехсекционного контактного резервуара в полном объеме решает поставленную задачу и обеспечивает равномерное распределение потока воды по поперечному сечению каждой секции на всей высоте слоя обрабатываемой воды и обеспечивает в первой и третей секциях спутный поток, а во 2-й секции - противоток воды и озоно-воздушной смеси.

Изобретение относится к технике обработки воды озонированием и может быть использовано, в частности, для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, для дезинфекции оборотной воды бассейнов. В трехсекционном контактном резервуаре дополнительно между первой и второй секциями контактного резервуара установлен межсекционный перепускной отсек с перегородкой посередине, разделяющей межсекционный отсек на полости, сообщающиеся через сквозной канал. Каждая секция дополнительно оборудована перфорированными трубами, заглушенными с одного торца. Одна группа установлена вверху под уровень горизонта воды в секции. Другая группа установлена у дна секции, ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси. Открытые торцы труб, установленные вверху у горизонта воды первой и второй секции, сообщены с соответствующими полостями межсекционного перепускного отсека. Открытые торцы придонных труб первой секции сообщены с напорным отсеком. Придонные трубы второй и третьей секции состыкованы между собой. Верхние трубы у горизонта воды третьей секции сообщены со сливным отсеком. Техническим результатом изобретения является повышение качества питьевой воды и эффективности использования произведенного озона. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Трехсекционный контактный резервуар для обработки воды озоном, включающий: три сообщающиеся между собой герметичные реакционные емкости, выполненные предпочтительно из бетона каждая в виде параллелепипеда, расположенные между напорным отсеком, соединенным с источником обрабатываемой воды, и сливным отсеком, имеющим отвод для подачи воды потребителю, а также оборудованный системой подачи озоно-воздушной смеси в каждую реакционную секцию и ее диспергирования в воду, системой отведения и деструкции остаточного озона в озоно-воздушной смеси, отличающийся тем, что дополнительно между первой и второй секциями установлен межсекционный перепускной отсек с перегородкой посередине, в нижней части которой выполнен сквозной канал, и каждая секция контактного резервуара дополнительно оборудована перфорированными трубами, заглушенными с одного торца, одна группа из них установлена вверху под уровень горизонта воды в секции, а другая группа установлена у дна секции ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси, при этом открытые торцы труб, установленных вверху у горизонта воды первой и второй секции, сообщены с соответствующими полостями межсекционного перепускного отсека, а открытые торцы придонных труб первой секции сообщены с напорным отсеком, а придонных труб второй и третьей секции состыкованы между собой, верхних труб у горизонта воды второй секции сообщены с межсекционным перепускным отсеком, верхних труб у горизонта воды третьей секции сообщены со сливным отсеком.

2. Контактный резервуар по п.1, отличающийся тем, что межсекционный перепускной отсек с перегородкой посередине выполнен из двух параллельных стенок высотой выше уровня воды в секции, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,8…1,4 м.

3. Контактный резервуар по п.1, отличающийся тем, что диаметры отверстий перфорации труб составляют 20…25 мм.

4. Контактный резервуар по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь перфорированных отверстий в каждой группе труб секции составляет 0,01…0,02 площади поперечного сечения секции резервуара.

5. Контактный резервуар по п.1, отличающийся тем, что в каждой группе труб их оси параллельны друг другу и размещены с шагом, равным от 17 до 25% глубины погружения диспергаторов в секции.

6. Контактный резервуар по п.1, отличающийся тем, что установленные в верхней части первой и третьей секции контактного резервуара, заглушенные с одного торца перфорированные трубы, выполнены с одним продольным рядом прямоугольных окон с каждой боковой стороны с соотношением высоты окон к ширине 2:1, а суммарная ширина окон в одном ряду равна половине рабочей длины трубы, при этом в зоне расположения окон поверхность трубы выполнена плоской, и каждый ряд окон снабжен накладной рейкой с прямолинейной верхней рабочей кромкой с возможностью установки рабочей кромки параллельно и ниже уровня воды в секции на заданной глубине с обеспечением равенства расходов воды через единичное окно.

7. Контактный резервуар по п.1, отличающийся тем, что в придонной части каждой секции контактного резервуара ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси вместо перфорированных труб установлены горизонтальные перфорированные перегородки с диаметром отверстий 20…25 мм, причем суммарная площадь отверстий в перегородках составляет 0,01…0,02 площади поперечного сечения секции, а в стенках напорного отсека и перепускных межсекционных отсеков выполнены сквозные каналы, расположенные ниже горизонтальных перфорированных перегородок.