Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды Российский патент 2019 года по МПК C02F9/08 C02F1/34 C02F1/74 B01F3/04 

Изобретение относится к экологии и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), в промышленности, в сельском хозяйстве, аварийными службами и военными подразделениями, для быстрого обеззараживания и быстрой очистки загрязненной воды из природных и искусственных источников без применения ядовитых веществ, УФ-облучения, мембранной фильтрации, микроорганизмов.

Известны гидродинамические установки (ГДУ) обработки загрязненной воды и других текучих сред рабочим газом (газообразным кислородом) - патенты: RU №2453505 CI от 20/06/2012; RU №54371 UI от 27.06.2006 г; SU №1643473 AI от 23.04.1991 г; RU №141817 UI от 20.06.2014; SU №1708774 AI от 30.01.1992; RU №2611500 C02F от 04.03.2015 (прототип), содержащие последовательно установленные: рабочий насос; конфузор; дезинтегратор (кавитационное устройство); источник рабочего газа; подводящие и отводящие трубопроводы.

В прототипе, в качестве рабочего газа, которым обрабатывается загрязненная вода, указан чистый газообразный кислород, что при больших объемах обрабатываемой воды (например, в ЖКХ) значительно усложняет и удорожает технологию очистки.

Для экологически безопасной и быстрой очистки загрязненной воды различного происхождения и применения, должен использоваться химически не связанный газообразный кислород:

- в химически свободном состоянии в смеси с химически нейтральными друг к другу газообразными веществами (например, азотом, углекислым газом, инертными газами, т.е. в атмосферном воздухе);

- в чистом газообразном виде.

Атмосферный воздух не единое молекулярное вещество (газ), а смесь химически не связанных между собою нескольких газообразных молекулярных веществ (газов): кислорода О₂ (~ 21%), азота N₂ (~78%), инертных газов (~1%), углекислого газа СО₂ (~0,04%).

ГДУ по патенту RU №2611500 не обеспечивает качественной очистки воды от загрязнений. В

прототипе кавитационное устройство (дезинтегратор) имеет длину L=(4,5-5,5) м и при объемном газосодержании воды δ≥0,25 (в прототипе указана δ=0,11-0,4) не обеспечивает необходимого равновесного растворения рабочего газа в воде микропузырьками с R≤100 мкм. При скорости газожидкостного потока W>25 м/с (в прототипе W=(25-50) м/с) известная ГДУ не обеспечивает необходимого времени для соприкосновения и химического соединения всех мелкодисперсных частиц растворенных в воде загрязняющих веществ с молекулами вдуваемого в дезинтегратор газообразного кислорода. Указанного в прототипе времени этого соприкосновения (в прототипе τ=(0,1-0,2) с недостаточно, т.е. загрязненный газожидкостный поток «проскакивает» дезинтегратор длиной 4,5 м при скорости W=50 м/с за 0,09 с).

Кроме вышеуказанного, все известные ГДУ являются стационарными, т.е. для них нужны капитальные строения, оснащенные источниками электроэнергии и рабочего газа, и они предназначены для очистки загрязненной воды только с небольшим показателем загрязненности - по ПЗ≤1 г/л химического потребления кислорода (ХПК) + биологического потребления кислорода (БПК) из вдуваемого в дезинтегратор рабочего газа для окисления имеющихся в воде загрязнителей. Известные ГДУ не позволяют:

- применить одну и ту же ГДУ для воды с разными ПЗ по (ХПК + БПК);

- обеспечить очистку загрязненной воды, имеющей ПЗ более чем 1 г/л;

- автоматически управлять расходом и давлением подаваемых в ГДУ загрязненной воды и газа;

- использовать одну и ту же ГДУ для обработки по разному загрязненной воды в нескольких далеко расположенных друг от друга источниках (сборниках), например, в разных населенных пунктах, в сезонных промышленных и с/х предприятиях, в аварийных случаях, при военной обстановке;

- применить их в мелких промышленных производствах, в индивидуальных домах и поливных системах, где зачастую нужна производительность менее 50 м³/час;

- обрабатывать загрязненную воду в естественных и искусственных хранилищах, не оборудованных источниками электроэнергии и рабочего газа, капитальными помещениями;

- обрабатывать мало загрязненную воду не чистым газообразным кислородом, а смесью газообразного кислорода с химически не взаимодействующими друг с другом газами (атмосферным воздухом), что значительно упрощает и удешевляет технологию обеззараживания и очистки воды.

Предложенная ГДУ устраняет вышеуказанные недостатки:

- экологически безопасно очищает воду с показателем загрязнения воды до ПЗ_ср≤1,5 г/л по (ХПК + БПК) смесью химически нейтральных друг к другу газов (например, обычным атмосферным воздухом), т.е. без применения чистого газообразного кислорода;

- экологически безопасно очищает чистым кислородом сильно загрязненную воду (с показателем загрязнения воды до ПЗ_ср=(1,5-5) г/л по (ХПК + БПК);

- позволяет настроить ее дезинтегратор на режим обработки воды по разной степени ее загрязненности в пределах ПЗ_ср≤5 г/л разными рабочими газами (разными смесями газообразного кислорода с химически нейтральными газами) и автоматически управлять этим режимом;

- позволяет обеспечить равновесное растворение рабочего газа в потоке воды через дезинтегратор в виде микропузырьков с меньшим средним радиусом R_{э ср}≤(30-70) мкм и с обеспечением меньшего объемного газосодержания воды δ=0,15-0,25, за счет увеличения статического давления в потоке;

- позволяет обеспечить качественную очистку загрязненной воды с применением меньшей скорости газожидкостного потока W=(20-25) м/с, обеспечивающей достаточное время для соприкосновения всех растворенных в воде частиц загрязняющих веществ с газообразным кислородом δ=(0,2-0,5) с в дезинтеграторе увеличенной длины L=(4-12) м.

Для этого предложенная ГДУ оснащена (независимый п. 1 формулы изобретения):

- системой ввода в дезинтегратор рабочего газа с различным содержанием кислорода, способного вступить в химическую реакцию с загрязняющими воду растворенными веществами, т.е. смеси газообразного кислорода с химически нейтральными газами (воздуха), или с чистым газообразным кислородом;

- рабочим насосом, имеющим давление на выходе Р=(10-35) кг/см² и расход Q=(5-5000)м³/час;

- конфузором, диаметр входного сечения которого равен диаметру выходного сечения рабочего насоса, а диаметр выходного сечения равен диаметру входного сечения дезинтегратора;

- дезинтегратором, выполненным из прямоточной горизонтальной трубы длиной L=(4-12) м;

- системой подключения источника рабочего газа к дезинтегратору через кран, редуктор постоянного давления, шайбу-дозатор, предназначенной для обработки воды, загрязненной по химической и биологической потребности кислорода (ХПК + БПК) до среднего показателя загрязненности ПЗ_ср≤5 г/л, которая выполнена с возможностью настройки и автоматического поддержания требуемого давления и расхода рабочего газа в сечении его вдува в дезинтегратор, а также с возможностью создания в нем монодисперсного газожидкостного потока с параметрами: содержание кислорода (С_к) не менее ПЗ_ср обрабатываемой воды (С_к≥ПЗ_ср г/л); среднее объемное газосодержание δ_ср=0,15-0,25; средняя скорость W_cp=(20-25) м/с; продолжительность соприкосновения жидкой и парогазовой фаз τ=(0,2-0,5) с; средний радиус парогазовых пузырьков R_ср=(30-70) мкм; критерий Рейнольдса R_e=1,5×10⁵-7,5×10⁶; критерий Вебера W_e=2,2×10⁴-2,0×10⁶.

В каждом рассматриваемом случае, для каждой текучей среды, в зависимости от ее загрязненности, в расчете характеристик агрегатов ГДУ используются конкретные значения R_e и W_e, влияющие на величину W_cp, τ, R_cp, а в конечном итоге на длину L дезинтегратора (при выбранном давлении Р за рабочим насосом, и выбранном диаметре прямоточной трубы дезинтегратора для получения нужной скорости W_cp).

Критерий Рейнольдса R_e - это критерий подобия течения вязкой жидкости (коэффициент, характеризующий устойчивость турбулентного течения потока загрязненной воды в дезинтеграторе);

Критерий Вебера W_e - это критерий подобия в гидродинамике, определяющий отношение инерции жидкости к поверхностному натяжению (коэффициент, характеризующий способность газовых пузырьков к дроблению и соединению в потоке загрязненной воды в дезинтеграторе).

Вещества, при воздействии на их микроэлементы различной внешней энергией (давлением, температурой, резонансными колебаниями и вибрациями микроэлементов внешней среды), находятся в трех видах агрегатного состояния и обладают разными свойствами. Например, вещество под названием вода (Н₂О, химическое соединение общими вибрирующими и вращающимися вокруг ядер электронами двух атомов водорода и одного атома кислорода - первичная форма энергоматерии жизни и будущего разума Вселенной), при атмосферном давлении и температуре от 0°С до 100°С находится на Земле в жидком состоянии, может растворять в себе другие вещества и относительно быстро взаимодействовать с ними. При воздействии на воду относительно малой энергией окружающего Пространства (при атмосферном давлении и температуре воздуха ниже 0°С, т.е. при более медленном вращении и вибрации с меньшей частотой и амплитудой электронов, соединяющих атомы), вода переходит в твердое состояние (лед), и плохо взаимодействует с другими веществами. При воздействии на воду большей энергией окружающего Пространства (при температуре воздуха выше 100°С, т.е. при более быстром вращении и вибрации с большей частотой и амплитудой электронов, соединяющих атомы) вода переходит в газообразное состояние (водяной пар) и лучше взаимодействует с другими веществами.

Молекулы и атомы всех веществ (микромир) при воздействии на них очень большой энергии окружающего Пространства (при их сжатии до сотен и тысяч атмосфер и/или при нагреве до тысяч и миллионов градусов Цельсия) распадаются на микроэлементы (электроны, протоны, нейтроны, и другие субатомные элементы), переходят в четвертое состояние (плазму), и разлетаются в Пространство (в макромир). Этот процесс возникает при ядерных взрывах, в больших по массе звездах, в «черных дырах» галактик.

Чтобы заставить вещества быстрее соединяться друг с другом и/или разъединяться, их нужно перевести в жидкое и/или газообразное состояние (нагреть их до нужной температуры, т.е. внести в них из окружающего Пространства нужное количество внешней энергии воздействием на связующие атомы и молекулы внутренние электроны другими (внешними) электронами, резонирующими по частоте с внутренними электронами, т.е. заставить внутренние электроны вращаться быстрее и улетать дальше от удерживающих их протонов и нейтронов в центре ядер).

Предложенная технология очистки воды и реализующая ее ГДУ основаны на вышеуказанных физико-химических законах микромира и макромира, а требуемые для быстрой и качественной очистки загрязненной воды внешние условия: относительно высокие давление и температура; резонанс частот и амплитуд вибраций электронов, соединяющих атомы и молекулы загрязняющих воду веществ и вдуваемого в жидкостный поток газообразного кислорода; точечно создаются в многочисленных локальных местах монодисперсного газожидкостного потока воды в дезинтеграторе микрогидроударами в образующихся, соединяющихся, разъединяющихся, вибрирующих, «схлопывающихся» газовых микропузырьках рабочего газа и водяного пара.

Предложенная ГДУ оснащена следующими агрегатами и связями между ними, позволяющими создать в молекулярном микромире загрязненной воды вышеуказанные условия, обеспечивающие быстрое и качественное ее обеззараживание и очистку (независимый п. 1 и зависимые п. 2-14 формулы):

- источником сжатой смеси химически не реагирующих между собою газообразного кислорода и нейтральных к нему газообразных веществ (например, сжатых азота и углекислого газа в атмосферном воздухе), и/или химически чистого газообразного кислорода;

- дезинтегратором, прямоточная горизонтальная труба которого с длиной L=(4-12) м, может быть выполнена из последовательно соединенных участков прямоточных труб, каждый длиной L~4 м (зависимый п. 4 формулы);

- штуцерами на входной части дезинтегратора, расположенными под углом (40-50)° к его оси по ходу потока воды, монтированными диаметрально противоположно, и соединенными с общим источником рабочего газа через кран, редуктор постоянного давления, шайбу-дозатор, увеличивающими турбулентность и скорость потока воды в дезинтеграторе (зависимый п. 5 формулы);

- расходомером и манометром, монтированными в трубопроводе подачи загрязненной воды из рабочего насоса в дезинтегратор; манометром, монтированным в трубопроводе подачи рабочего газа в дезинтегратор; манометром и механической задвижкой, монтированными в трубопроводе отвода газожидкостного потока из дезинтегратора, и связанные с системой управления режимом рабочего насоса (преобразователем частоты переменного тока питания электродвигателя), редуктором постоянного давления вдуваемой в дезинтегратор рабочего газа, механической задвижкой, которые выполнены с возможностью автоматического поддержания требуемого давления и расхода загрязненной воды в дезинтегратор и рабочего газа в сечении ее вдува в дезинтегратор (зависимые п. 6-8 формулы);

- преобразователем частоты, включенным в цепь питания электродвигателя рабочего насоса от источника переменного тока, управляемым датчиком давления в трубопроводе подачи в дезинтегратор загрязненной воды, и выполненным с возможностью автоматического управления оборотами ротора рабочего насоса, обеспечивающими расчетное давление загрязненной воды на входе в дезинтегратор (зависимый п. 7 формулы);

- редуктором постоянного давления и шайбой-дозатором на линии вдува рабочего газа в дезинтегратор, настроенными на автоматическое поддержание требуемого расхода и давления вдува рабочего газа и выполненными с возможностью поддержания в потоке загрязненной воды в дезинтеграторе, содержания кислорода С_к на (10-50) % больше требуемого для окисления имеющихся в воде загрязняющих веществ по ПЗ_ср, т.е. С_к=(1,1-1,5)ПЗ_ср г/л. Это необходимо для парирования флуктуаций ПЗ_ср воды в течение суток, и/или ошибок определения этого ПЗ_ср, а также для обеспечения среднего объемного газосодержания воды δ_ср=0,15-0,25 (зависимый п. 8 формулы).

Для обеспечения качественного обеззараживания и очистки в предложенной ГДУ:

- перед рабочим насосом установлены трубопровод длиной ≥3 м с подающим насосом на входном конце, которые предназначены для подачи загрязненной воды в рабочий насос из ее источника с расходом не менее расхода рабочего насоса, и с давлением, обеспечивающими его безкавитационную работу (зависимый п. 9 формулы). В мобильном варианте ГДУ трубопровод может быть гибким;

- к выходу из дезинтегратора подсоединена сообщенная верхней частью с атмосферой емкость-ресивер, предназначенная для дегазации поступающей из дезинтегратора газоводяной смеси (для выделения из нее и удаления в атмосферу газов), к нижней части которой подсоединен насос, предназначенный для откачки дегазированной воды по трубопроводу длиной ≥3 м в хранилище обработанной в дезинтеграторе воды расходом, равным расходу рабочего насоса, и для создания напора, превышающего на ΔР≥0,3 кг/см² сопротивление отводящего гибкого трубопровода и столба обработанной воды в хранилище (зависимый п. 10 формулы). В мобильном варианте ГДУ трубопровод может быть гибким;

- емкость-ресивер имеет форму цилиндра, верхняя часть которого выполнена с меньшим диаметром и подсоединена к выходу из дезинтегратора трубопроводом, монтированным по касательной к образующей верхней части цилиндра, а нижняя выполнена с большим диаметром и подсоединена к входу в насос откачки трубопроводом, монтированным по касательной к образующей нижней части цилиндра, по ходу вращения потока воды в нем (зависимый п. 11 формулы);

- в трубопроводе откачки воды из емкости-ресивера в емкость-хранилище установлен обратный клапан, предназначенный для отделения полости емкости-хранилища от емкости-ресивера при выключении насоса откачки (зависимый п. 12 формулы);

- емкость-ресивер оснащена уровнемером, состоящим из вертикальной трубки с монтированными в ее полости датчиками-сигнализаторами максимального и минимального уровня воды в ней, предназначенным для контроля уровня дегазированной воды в емкости-ресивере, при этом нижний конец трубки сообщен с полостью нижней части нижнего цилиндра емкости-ресивера, а верхний - с атмосферой (зависимый п. 13 формулы);

- электродвигатель насоса откачки воды из емкости-ресивера в емкость-хранилище обработанной воды подключен к источнику переменного тока через преобразователь частоты, управляемый датчиками-сигнализаторами max и min уровня воды в емкости-ресивере с возможностью увеличения или уменьшения оборотов ротора насоса откачки, обеспечивающих расход опорожнения емкости-ресивера, близкий к расходу ее заполнения (зависимый п. 14 формулы);

Предложенная ГДУ может обработать природную и сточную воду ЖКХ с ПЗ_ср>1,5 г/л до норм Госсанэпиднадзора атмосферным воздухом (воздух с содержанием кислорода ~21%) путем последовательного ее прогона через дезинтегратор число раз, кратное ее загрязненности по ПЗ_ср=1,5 г/л.

Предложенная ГДУ может обработать природную и сточную воду ЖКХ с ПЗ_ср>5 г/л до норм Госсанэпиднадзора чистым газообразным кислородом путем последовательного ее прогона через дезинтегратор число раз, кратное ее загрязненности по ПЗ_ср=5 г/л.

Предложенная ГДУ может обработать промышленные стоки воды с различными ПЗ_ср, за счет применения различных рабочих газов (смесей газообразного кислорода с газами других веществ с различным содержанием в них кислорода), до требуемых Заказчиком значений ПЗ_ср (в т.ч. ниже норм Госсанэпиднадзора для их использования в замкнутом цикле собственного промышленного производства, т.е. для технических целей).

По ТЗ Заказчика гидродинамические установки (ГДУ) изготавливаются требуемой производительности, в стационарном или мобильном варианте, с определенным количеством газообразного кислорода в вдуваемой в дезинтегратор смеси химически нейтральных друг к другу рабочих газов, настраиваются для каждой конкретной воды по степени ее загрязненности и по требуемому качеству обработки.

Предложенная ГДУ представлена на Фиг. 1 (общая рабочая схема ГДУ) и на Фиг. 2 (схема дегазационной емкости-ресивера), где:

1. Источник загрязненной воды (природное озеро, пруд, сборник канализационной системы).

2. Насос (погружной или заливной) подачи загрязненной воды из источника в рабочий насос ГДУ (при необходимости - как в стационарном, так и в мобильном варианте ГДУ).

3. Трубопровод подвода загрязненной воды из источника к рабочему насосу ГДУ (в мобильном варианте ГДУ гибкий).

4. Обратный клапан в линии подвода загрязненной воды из источника в рабочий насос ГДУ.

5. Рабочий насос подачи загрязненной воды в дезинтегратор с Р=(10-35) кг/см².

6. Механическая задвижка для настройки давления и расхода воды, подаваемой в дезинтегратор.

7. Расходомер воды, подаваемой в дезинтегратор (для настройки и контроля работы ГДУ).

8. Конфузор (конусный переходник с диаметра выхода задвижки на диаметр дезинтегратора (для получения требуемой скорости потока загрязненной воды в дезинтеграторе).

9. Дезинтегратор для обработки воды воздухом или чистым газообразным кислородом.

10. Емкость-ресивер дегазации газожидкостной смеси и сбора воды, обработанной в дезинтеграторе.

11. Многорежимный насос откачки дегазированной воды из емкости-ресивера в емкость хранения.

12. Обратный клапан в линии откачки воды из емкости-ресивера в емкость хранения.

13. Трубопровод отвода воды из емкости-ресивера в емкость хранения (в мобильном варианте ГДУ гибкий).

14. Хранилище (емкость хранения) обработанной в дезинтеграторе воды.

15. Преобразователь частоты переменного тока питания электродвигателя рабочего насоса.

16. Преобразователь частоты переменного тока питания электродвигателя насоса откачки воды из емкости-ресивера в емкость хранения.

17. Источник сжатого рабочего газа (компрессор, баллоны сжатого газа).

18. Кран подачи сжатого рабочего газа из источника в дезинтегратор.

19. Источник электроэнергии (электростанция, дизель-генератор, обязателен и для стационарной, и для мобильной ГДУ).

20. Манометры визуального контроля давления воды на входе в рабочий насос (20.1), на входе в дезинтегратор (20.2), на выходе из дезинтегратора (20.3), давления газа на входе в шайбу-дозатор (20.4).

21. Датчик автоматического управления давлением загрязненной воды на выходе из рабочего насоса.

22. Патрубок вывода газа из емкости-ресивера в атмосферу (за пределы помещения).

23. Крышка емкости-ресивера дегазации воды.

24. Верхний цилиндр емкости-ресивера с меньшим диаметром (выделитель газа из потока).

25. Конусный переходник между верхним и нижним цилиндрами емкости-ресивера.

26. Нижний цилиндр емкости-ресивера с большим диаметром (сборник дегазированной воды).

27. Трубопровод отвода выделенного газа из емкости-ресивера в атмосферу.

28. Патрубок подвода газожидкостной смеси из дезинтегратора в верхний цилиндр емкости-ресивера (по касательной к его внутренней стенке).

29. Патрубок отвода воды из нижнего цилиндра (по касательной к его внутренней стенке).

30. Трубка установки датчиков уровня воды в нижнем цилиндре, соединенная с атмосферой.

31. Датчик-сигнализатор максимального уровня воды в нижнем цилиндре.

32. Датчик-сигнализатор минимального уровня воды в нижнем цилиндре.

33. Трубопровод, соединяющий верхнюю часть хранилища обработанной воды с атмосферой.

34. Трубопровод подачи обработанной воды из емкости хранения потребителю.

35. Редуктор настройки постоянного давления рабочего газа перед шайбой-дозатором.

36. Шайба-дозатор расхода рабочего газа, подаваемого в дезинтегратор.

37. Трубопровод, соединяющий выход из задвижки с патрубком емкости-ресивера (в мобильном варианте ГДУ может быть гибким).

Как вариант (частный случай), предложенная ГДУ (изготовленная в соответствии с независимым п. 1 и зависимыми п. 2-14 формулы), может быть изготовлена (по ТЗ Заказчика) в мобильном варианте, т.е. трубопровод подвода загрязненной воды от источника и трубопровод отвода обработанной в дезинтеграторе воды в хранилище могут быть выполнены гибкими, ГДУ может быть оснащена автономными агрегатами выработки рабочего газа и электроэнергии (зависимые п. 15-16), монтирована в морском контейнере и установленном на автомобильном прицепе (зависимые п. 17-19) для ее перемещения и использования в различных географических местах, не оборудованных источниками электроэнергии и рабочего газа, капитальными строениями для размещения ГДУ и обслуживающего технического персонала.

В мобильном варианте ГДУ изготавливается производительностью не более 50 м³/час и дооснащается необходимыми дополнительными агрегатами (в соответствии с зависимыми п. 15-19 формулы):

- автономным источником сжатого рабочего газа в виде атмосферного воздуха (воздушного компрессора), и/или сжатого газообразного кислорода (баллона, дополнительный п. 15 формулы);

- автономным источником электроэнергии (например, дизельным генератором) для электропитания рабочего и вспомогательного насосов, освещения, отопления, кондиционирования, вентиляции, воздушного компрессора, погрузочно-разгрузочных устройств (дополнительный п. 16 формулы);

- контейнером (например, морским), выполняющим роль производственно-бытового помещения для монтажа агрегатов ГДУ и нахождения обслуживающего персонала при ее эксплуатации (дополнительный п. 17 формулы);

- грузоподъемными (погрузочно-разгрузочными) механизмами, вентиляторами, кондиционерами, обогревателями, освещением, монтированными в контейнере (дополнительный п. 18 формулы);

- передвижной автомобильной платформой-прицепом, на которой устанавливается и закрепляется контейнер с монтированной в нем ГДУ (дополнительный п. 19 формулы).

Производительность и характеристики агрегатов ГДУ (стационарной и мобильной) определяют и назначают расчетами по указанным в техническом задании (ТЗ) Заказчиков параметрам и условиям эксплуатации ГДУ.

Контейнер с мобильной ГДУ может быть монтирован и закреплен на автоприцепе, предназначенном для его перемещения автомобильным транспортом к источникам (сборникам) загрязненной воды, находящимся в разных географических координатах (мобильная автономная ГДУ - по ТЗ Заказчика).

Габариты контейнера не должны нарушать установленных ГИБДД правил на автодорогах.

На месте использования контейнер с мобильной ГДУ может сниматься с автоприцепа. Гибкие трубопроводы 3 и 13 могут перевозиться в контейнере на барабанах и выгружаться после доставки ГДУ на место использования с помощью погрузочно-разгрузочных механизмов.

Возможна выгрузка емкости-ресивера 10, компрессора 17, дизель-генератора 19, газобаллонов сжатого кислорода (с целью создания комфортных условий обслуживающему персоналу и выполнения норм техники безопасности - указывается в ТЗ Заказчика). Для погрузки-выгрузки агрегатов ГДУ контейнер оснащается погрузочно-разгрузочными механизмами (перечень указывается в ТЗ Заказчика).

Контейнер с ГДУ может не сниматься с автомобильного прицепа (ГДУ может работать в надежно закрепленном на месте эксплуатации автоприцепе), для чего к входным дверям контейнера прикрепляются специальные трапы-лестницы (указывается в ТЗ Заказчика).

Компрессор 17, дизель-генератор 19, баллоны сжатого рабочего газа, для повышения выполнения норм техники безопасности в мобильной ГДУ могут быть размещены в отдельном контейнере, на отдельном автоприцепе (их необходимость и расположение указываются в ТЗ Заказчика).

Предложенная ГДУ (Фиг. 1) содержит агрегаты, объединенные в блоки:

- блок подвода загрязненной воды из источника 1 к рабочему насосу 5, состоящий из подающего насоса 2, трубопровода 3, обратного клапана 4, манометра давления 20.1 (может быть различной комплектации как у стационарной, так и у мобильной ГДУ, например, без подающего насоса и гибких трубопроводов);

- блок настройки агрегатов при гидропроливках ГДУ и управления ими при работе ГДУ, состоящий из расходомера 7, датчика давления 21, преобразователя 15 частоты переменного тока питания электродвигателя насоса 5, задвижки 6, чтобы управлять оборотами ротора рабочего насоса 5;

- блок настройки последовательно установленных агрегатов подачи, дозирования, управления давлением и расходом рабочего газа в дезинтегратор 9 из источника 17, состоящий из крана 18, редуктора давления 35, настроечной шайбы-дозатора 36;

- блок обработки загрязненной воды рабочим газом, состоящий из рабочего насоса 5 с давлением выхода Р=(10 - 35) кг/см², конфузора 8, дезинтегратора 9, механической задвижки 6;

- блок дегазации и отвода обработанной воды из дезинтегратора 9 в емкость хранения 14, состоящий из: емкости-ресивера 10 с патрубком 28 подвода газожидкостной смеси, патрубком 29 отвода воды, патрубком 22 и трубопровода 27 отвода газов в атмосферу; насоса откачки 11; обратного клапана 12; трубопровода 13 (Фиг. 2). Может быть различной комплектации как у стационарной, так и у мобильной ГДУ, например, без отводящего насоса и гибких трубопроводов;

- блок обеспечения ГДУ электроэнергией (электростанция, дизель-генератор 19), и рабочим газом (компрессор, баллоны, 17).

Тип и характеристики насосов 2, 5, 11 (расход, напор, вид, место и способы крепления), длина, диаметр, жесткость трубопроводов 3 и 13, длина и диаметр конфузора 8 и дезинтегратора 9, объем и геометрические размеры емкости-ресивера 10, характеристики агрегатов 18, 35, 36 подачи сжатого рабочего газа из источника 17 в дезинтегратор 9, характеристики преобразователей 15 и 16 частоты электротока питания электродвигателей насосов 5 и 11, вид рабочего газа (атмосферный воздух, газообразный кислород, другие смеси газов с кислородом), давление, расход, место и условия вдува рабочего газа в дезинтегратор 9, и т.п., выбираются из условий эксплуатации, указанных в ТЗ Заказчика на ГДУ (температура, суточный и часовой расход воды, ПЗ_ср воды, требуемая степень очистки воды и вид ее применения после очистки, удаленность и разноуровность ГДУ относительно источника 1 и емкости хранения 14, и т.п.).

При выборе агрегатов учитывается также указанный в ТЗ Заказчиком вид использования ГДУ (основной стационарный, или частный мобильный) и соответствующие условия ее эксплуатации (например, жесткость трубопроводов 3 и 13, которые в мобильном варианте должны быть гибкими бронешлангами).

В подающий насос 2 (если он необходим для рабочего насоса 5) из источника 1 загрязненная вода подается очищенной от крупного мусора (целлофановая пленка, тряпки, ветки деревьев, песок, мелкая рыба, и т.п.). В случае забора загрязненной воды из природного источника 1 (озеро, пруд, река), вход в насос 2 должен защищаться сеткой с размером ячейки, согласованным с разработчиками и изготовителями насосов 2, 5, 11, и должен находиться на расстоянии не менее 1 м от дна и от поверхности источника 1 (например, на поплавке).

Выход из подающего насоса 2 подсоединен к входу в рабочий насос 5 трубопроводом 3 через обратный клапан 4. На выходе из насоса 5 установлены расходомер 7, датчик давления 21, конфузор 8, дезинтегратор 9. На выходе из дезинтегратора 9 установлена механическая задвижка 6.

Подающий насос 2 может быть погружным (для забора загрязненной воды из природных источников 1), или заполняемым (для забора воды из искусственных сборников сточной воды), что определяется указанными в ТЗ Заказчика местными условиями эксплуатации ГДУ и характеристиками источника 1.

Рабочий насос 5 имеет давление на выходе Р=(10-35) кг/см², которое выбирается в зависимости от ПЗ_ср обрабатываемой воды. Загрязненная до ПЗ_ср≥1,5 г/л вода обрабатывается газообразным кислородом, а до ПЗ_ср≤1,5 г/л - атмосферным воздухом. Это объясняется тем, что атмосферного воздуха по объему требуется больше чем газообразного кислорода, поэтому коэффициент объемного газосодержания воды δ_ср=0,15-0,25 в дезинтеграторе 9 обеспечивают сжатием микропузырьков воздуха в воде до среднего радиуса R_cp≤70 мкм повышенным давлением Р=(25-35) кг/см², для чего используются рабочий насос с давлением на выходе Р=(25-35) кг/см². При использовании в качестве рабочего газа сжатого газообразного кислорода достаточно рабочего насоса с давлением на выходе Р=(10 - 20) кг/см².

Дезинтегратор монтируют из одного, двух, трех последовательно соединенных участков прямоточной трубы, каждый длиной L ~ 4 м, количеством которых устанавливают требуемую длину дезинтегратора L=(4 - 12) м в зависимости от загрязненности воды по ПЗ_ср=(0,1-5) г/л, давления воды за рабочим насосом 5 (Р=(10-35) кг/см², вида рабочего газа из источника 17 (атмосферный воздух или газообразный кислород), диаметра дезинтегратора, обеспечивающего скорость газожидкостного потока загрязненной воды в нем W_cp=(20-25) м/с, необходимых для обработки загрязненной воды до требуемых значений Госсанэпиднадзора за один ее прогон через ГДУ, т.е. длиной прямоточной трубы дезинтегратора обеспечивают необходимое время τ=(0,2-0,5) секунды нахождения в ней загрязненной воды для контакта с рабочим газом, обеспечивающее требуемое качество обработки.

На входной части дезинтегратора, под углом (40-50)° к его оси, по ходу потока воды, диаметрально противоположно установлены (приварены) штуцеры, соединенные через общие кран 18, редуктор постоянного давления 35, шайбу-дозатор 36, с источником 17 рабочего газа (увеличивающие турбулентность и скорость потока в дезинтеграторе 9 вдувом через них газа, сокращающие время получения монодисперсного газожидкостного потока, повышающие КПД, надежность и качество обработки загрязненной воды).

Загрязненность обычной сточной воды ЖКХ по ПЗ_ср≤1,5 г/л, поэтому для нее достаточно атмосферного воздуха, сжатого до Р=(25-35) кг/см², что упрощает и удешевляет технологию обработки воды.

При ПЗ_ср=(1,5-5) г/л (сточные воды промышленных предприятий), в дезинтегратор 9 иногда экономически выгоднее вдувать относительно чистый газообразный кислород при давлении воды в дезинтеграторе 9 (за рабочим насосом 5) Р=(10-20) кг/см², при котором радиус микропузырьков в дезинтеграторе

9 может быть сжат до R_cp≤70 мкм, т.к. его по объему требуется меньше, и вода чистым газообразным кислородом лучше очищается, поэтому для нее достаточно давления Р=(10-20) кг/см², обеспечивающего коэффициент объемного газосодержания воды δ_cp=0,15-0,25.

Для обработки загрязненной воды с ПЗ_ср=(1,5-5) г/л до норм Госсанэпиднадзора, ее необходимо:

- или несколько раз последовательно обработать атмосферным воздухом (прогнать через «воздушный» дезинтегратор с рабочим насосом 5, имеющем на выходе Р≤(25-35) кг/см²);

- или один раз обработать газообразным кислородом с рабочим насосом 5 при Р=(10-20) кг/см². Для обработки загрязненной воды с ПЗ_ср>5 г/л до норм Госсанэпиднадзора, ее необходимо:

- или несколько раз последовательно обработать чистым газообразным кислородом (прогнать через «кислородный» дезинтегратор с рабочим насосом 5, имеющем на выходе Р≤(10-20) кг/см²);

- или один раз обработать увеличенным количеством вдува в дезинтегратор газообразного кислорода с рабочим насосом 5 при Р>35 кг/см².

Для парирования флуктуаций ПЗ_ср воды, и/или ошибок определения этого ПЗ_ср, редуктор постоянного давления 35 и шайба-дозатор 36 настроены на автоматическое поддержание расхода и постоянного давления рабочего газа, обеспечивающих в потоке воды содержание кислорода С_к на (10-50)% больше имеющихся в воде загрязняющих веществ по ПЗ_ср, т.е. С_к=(1,1-1,5)ПЗ_ср г/л (для обеспечения среднего объемного газосодержания воды в дезинтеграторе δ_сp=0,15-0,25).

Размер коэффициента увеличения этого запаса (1,1-1,5)ПЗ_ср г/л назначают по экспериментальным испытаниям каждой ГДУ для каждой конкретной воды в каждом конкретном источнике. Таким образом, для качественной обработки загрязненной воды, содержание (концентрацию) кислорода С_к в потоке воды в дезинтеграторе 9 обеспечивают на (10-50)% больше необходимого для обработки воды со средним показателем ее загрязненности ПЗ_ср г/л.

Экономическую целесообразность применения вариантов технологии обработки воды (воздухом, кислородом, другой смесью газов с кислородом) определяет в ТЗ Заказчик (совместно с разработчиком и изготовителем каждой конкретной ГДУ при согласовании ТЗ).

В линию электропитания рабочего насоса 5 монтирован преобразователь 15 частоты электротока, который электрически соединен с датчиком давления 21 за насосом 5 (перед дезинтегратором 9). Выход из насоса 5 через расходомер 7, конфузор 8, дезинтегратор 9, задвижку 6, соединен с емкостью-ресивером

10 трубопроводом 37.

Обработанная в дезинтеграторе 9 вода содержит микропузырьки воздуха или чистого кислорода (в зависимости от принятой технологии обработки загрязненной воды и принятого коэффициента избытка рабочего газа). Если «газированная» вода поступит в центробежный насос 11 откачки обработанной воды, то вызовет его кавитацию (помпаж) и разрушение. Выделение чистого кислорода из воды (если он не использован в дезинтеграторе) в закрытое помещение (в контейнер) недопустимо, т.к. его высокая концентрация пожароопасна и вредна для здоровья человека. В предложенной ГДУ газы из обработанной в дезинтеграторе 9 воды выделяются и отводятся в атмосферу за пределы помещения (стационарного здания или морского контейнера) с помощью емкости-ресивера 10.

Емкость-ресивер 10 (Фиг. 2), состоит из двух цилиндров 24 и 26 разного диметра, соединенных конусной проставкой 25. Верхний цилиндр 24 меньшего диаметра предназначен для отделения газов от воды и закрыт крышкой 23 с отверстием, через которое его полость патрубком 22 и трубопроводом 27 соединена с атмосферой для удаления газов. Нижний цилиндр 26 большего диаметра предназначен для сбора отделенной от газов воды и отвода ее насосом 11 в емкость-хранилище 14.

Емкость-ресивер 10 имеет форму, объем, геометрические размеры, обеспечивающие дегазацию и сбор воды, безкавитационную работу откачивающего насоса 11. В цилиндре 24 имеющиеся в обработанной воде газы отжимаются центробежной силой, собираются в центре и выводятся через отверстие в крышке 23 и трубопровод 27 в атмосферу (за пределы здания или контейнера), а вращающаяся дегазированная вода прижимается к стенке цилиндра 26, поступает из его нижней части в откачивающий насос 11, и отводится в емкость-хранилище 14 по трубопроводу 13 через обратный клапан 12.

Входной патрубок 28 цилиндра 24 соединен трубопроводом 37 с выходом из дезинтегратора 9. Патрубок 28 подсоединен по касательной к внутренней стенке верхней части цилиндра 24 для создания в нем вращательного движения газожидкостного потока, поступающего из дезинтегратора 9 под давлением.

Вход в откачивающий насос 11 соединен патрубком (переходником) 29 с нижней частью цилиндра 26. Патрубок 29 подсоединен по касательной к внутренней стенке нижней части цилиндра 26 для использования на входе в насос 11 напора от вращающегося потока воды.

Выход из насоса откачки 11 соединен трубопроводом 13, через обратный клапан 12, с емкостью хранения 14 обработанной в дезинтеграторе 9 воды, которая при заполнении соединена с атмосферой трубопроводом 33 (например, через дренажный клапан).

Электродвигатели насосов 2, 5, 11, их системы управления, электроприборы, освещение, вентиляторы, обогреватели, и т.п., соединены электрическими проводами с источником электроэнергии 19 (в мобильном варианте ГДУ с дизель-генератором).

Если источник 1 загрязненной воды по уровню расположен выше ГДУ, при выключении насосов 2 и 5 задвижку 6 закрывают (для предотвращения перетекания воды из источника 1 по трубопроводу 3 в емкость-ресивер 10).

Между насосом откачки 11 и емкостью хранения 14 монтирован обратный клапан 12, предотвращающий перетекание воды по трубопроводу 13 из емкости хранения 14 в емкости-ресивер 10 после выключения насоса 11 (если емкость хранения 14 по уровню выше емкости дегазации 10).

Нижний цилиндр 26 оснащен уровнемером, состоящим из вертикальной трубки 30 с установленными в ее полости датчиками-сигнализаторами 31 максимального и 32 минимального уровня воды, соединенными электропроводами с преобразователем частоты 16 электропитания двигателя насоса откачки 11 (для переключения его на увеличенный или уменьшенный расход откачки). Трубка 30 нижним концом сообщена с полостью нижней части цилиндра 26, а верхним концом - с атмосферой на уровне выше установки датчика-сигнализатора 31 (как сообщающийся с цилиндром 26 сосуд).

Верхняя часть емкости хранения 14 (не входящей в состав ГДУ) должна быть сообщена трубопроводом 33 с атмосферой, а нижняя - трубопроводом 34 с потребителями (например, через краны).

После изготовления ГДУ проводят ее гидропроливки, которыми (вначале без вдува рабочего газа в дезинтегратор 9, затем с вдувом) вручную, с помощью механической задвижки 6, настраивают:

- преобразователь 15 частоты электротока двигателя рабочего насоса 5 (по визуальным показаниям расходомера 7 и манометра 20.2) на обороты его ротора, обеспечивающие требуемые расход и давление воды через дезинтегратор 9;

- преобразователь 16 частоты электротока двигателя насоса откачки 11, по визуальным показаниям расходомера 7, на требуемые обороты ротора насоса откачки 11, обеспечивающие расход откачки обработанной воды из емкости дегазации 10, равный (близкий) расходу подачи загрязненной воды в дезинтегратор 9 рабочим насосом 5.

По результатам гидропроливок, составляют и закладывают в преобразователь частоты 15 программу управления оборотами рабочего насоса 5, обеспечивающую по сигналам от датчика 21, автоматическое поддержание настроенного режима его работы по давлению на выходе.

Схема и конструкция ГДУ, характеристики и размеры ее агрегатов, вид и расход подаваемого в дезинтегратор 9 рабочего газа, гидродинамические параметры газожидкостного потока по длине дезинтегратора 9, рассчитывают при помощи комплексной системы физико-математических зависимостей, разработанной на основе результатов научно-технических исследований авторов, и проверяют при гидропролив-ках ГДУ.

Гидродинамическую обработку загрязненной воды в ГДУ производят следующим образом.

В нерабочем состоянии ГДУ обратный клапан 4 и задвижка 6 перекрывают поступление загрязненной воды из источника 1 в насос 5 и емкость-дегазатор 10 (если источник 1 загрязненной воды по уровню расположен выше ГДУ). Перед включением в работу насосов 2 и 5 открывают задвижку 6, насыщенная атмосферным воздухом загрязненная вода насосом 2, по трубопроводу 3, через обратный клапан 4, подается в рабочий насос 5 расходом, не менее его расчетного рабочего расхода, и с давлением, обеспечивающим его безкавитационную работу.

Включение (выключение) насосов 2, 5, 11 осуществляют одной кнопкой. При этом насосы 5 и 11 включают с задержкой через реле времени, настраиваемое при гидропроливках ГДУ (для заполнения насосов и других агрегатов водой).

В дезинтеграторе 9, вдувом рабочего газа из источника 17 через кран 18, редуктор давления 35, шайбу-дозатор 36, преобразуют однофазный относительно ламинарный жидкостный поток загрязненной воды в турбулентный двухфазный газожидкостный поток с газовыми пузырьками радиусом R_cp≤30-70 мкм, повышают скорость потока и производят быстрое (за время τ=(0,2-0,5) секунды) обеззараживание и очистку воды (механическое разрушение клеток находящихся в ней микроорганизмов и окисление растворенных веществ с превращением их в углекислый газ и/или в твердые частицы).

Вышеуказанными условиями в дезинтеграторе 9 создают газожидкостный поток (аналогичный при развитой кавитации насоса) с сопутствующими парогазовыми микропузырьками R_cp≤50 мкм для рабочего газа в виде атмосферного воздуха, и R_cp≤70 мкм для рабочего газа в виде газообразного кислорода, с ударными волнами, с локальными скачками давления и температуры в месте схлопывания парогазовых микропузырьков, с их резонансным дроблением и соединением, с высоко градиентными разнонаправленными микропотоками вокруг микропузырьков. Комплексное воздействие указанных гидродинамических процессов механически разрушает клетки находящихся в воде живых микроорганизмов и существенно (на несколько порядков) повышает скорость химических реакций окисления кислородом имеющихся в загрязненной воде растворенных примесей.

Для парирования флуктуаций ПЗ_ср воды и ошибок определения этого ПЗ_ср, содержание (концентрацию) кислорода С_к в ее потоке через дезинтегратор 9 обеспечивают на (10-50) % больше ПЗ_ср г/л для обработки воды, загрязненной до ПЗ_ср, т.е. С_к=(1,1-1,5)ПЗ_ср г/л, при ее среднем объемном газосодержании δ_ср=0,15-0,25.

Расход подачи в дезинтегратор 9 загрязненной воды визуально контролируют по расходомеру 7.

При использовании предложенной ГДУ в стационарных условиях, настроечная задвижка 6 после настройки может быть заменена (при необходимости) съемной шайбой-дозатором.

Для дегазации смесь обработанной воды с газами («газированная» вода) из дезинтегратора 9, через трубопровод 37 и вваренный по касательной патрубок 28 поступает в верхнюю часть цилиндра 24, которая соединена с атмосферой через отверстие в крышке 23, патрубок 22 и трубопровод 27, выведенный за крышу помещения (контейнера), в котором монтирована емкость-ресивер 10.

Вода, при движении газожидкостной смеси с большой скоростью по внутренней поверхности цилиндра 24, прижимается к его поверхности центробежной силой, а газ выжимается в его центр и выбрасывается через отверстие в крышке 23 и трубопровод 27 в атмосферу.

Гравитацией (силой тяжести), освобожденная от газов вода, вращаясь по стенке верхнего цилиндра 24, поступает в нижнюю часть цилиндра 26, доходит до его дна, и через вваренный по касательной к его внутренней поверхности, по ходу потока вращающейся воды, патрубок 29, поступает в откачивающий насос 11, и далее в емкость хранения 14. При заполнении емкости 14 водой газовая подушка стравливается из нее в атмосферу по трубопроводу 33 (например, через дренажный клапан), а при подаче из нее воды потребителям по трубопроводу 34, газовая подушка пополняется воздухом из атмосферы (например, через обратный клапан).

При заполнении нижнего цилиндра 26 емкости-ресивера 10, датчик-сигнализатор 31 подает команду на переключение насоса 11 на увеличенный режим откачки, а при опорожнении цилиндра 26 датчик-сигнализатор 32 подает команду на переключение насоса 11 на уменьшенный режим откачки.

В предложенной ГДУ, для выполнения вышеуказанных расчетных режимов работы:

- рабочий насос 5 настраивают при гидропроливках (по манометру 20.1) на требуемое давление загрязненной воды через дезинтегратор (Р=(10-35) кг/см² - отличие от прототипа;

- рабочий газ вдувают в воду в количестве С_к на (10-50)% больше ее ПЗ_ср по (ХПК + БПК), т.е. С_к=(1,1-1,5)ПЗ_ср г/л для парирования флуктуаций ПЗ_ср и ошибок ее определения. Размер ПЗ_ср воды определяют по ее пробам из источника в биохимической лаборатории. Вдув производят с обеспечением среднего объемного газосодержания воды δ_ср=0,15-0,25 - отличие от прототипа;

- загрязненную воду подают насосом 2 по шлангу 3 в рабочий насос 5 из удаленного от ГДУ источника 1 (в случае мобильной ГДУ из разных источников, расположенных в разных географических координатах). Контроль давления подачи по манометру 20.1 - отличие от прототипа;

- задвижкой 6 на выходном конце дезинтегратора 9 обеспечивают дополнительное (относительно обратного клапана 4) перекрытие поступления загрязненной воды из источника 1 в емкость-дегазатор 10 до и после прекращения эксплуатации ГДУ - отличие от прототипа;

- задвижкой 6, расходомером 7 и манометром 20.2 перед дезинтегратором 9, при гидропроливках настраивают рабочий насос 5 на эксплуатационный расход загрязненной воды из источника (в мобильном варианте после перемещения ГДУ к каждому новому источнику), и контролируют его величину при эксплуатации ГДУ - отличие от прототипа;

- последовательно установленными краном 18, редуктором давления 35, дозирующей шайбой 36, настраивают расход и давление подачи сжатого атмосферного воздуха или кислорода в дезинтегратор 9 при гидропроливках и автоматически управляют ими при работе ГДУ, для качественной обработки эксплуатационного расхода загрязненной воды через дезинтегратор 9 - отличие от прототипа;

- преобразователь частоты 15 электротока рабочего насоса 5 автоматически управляет оборотами его ротора, чем обеспечивает подачу загрязненной воды в дезинтегратор 9 с заданными значениями расхода и давления - отличие от прототипа;

- емкость-ресивер 10 дегазирует обработанную в дезинтеграторе 9 воду и отводит неиспользованный рабочий газ и образовавшийся при окислении органики и веществ углекислый и другие газы в атмосферу через отверстие в крышке 23 и гибкий трубопровод 27 - отличие от прототипа;

- откачивающий насос 11 по гибкому шлангу 13 отводит обработанную в дезинтеграторе 9 воду через обратный клапан 12 из емкости-ресивера 10 в емкость хранения 14 с напором на Р≥0,3 кг/см² больше сопротивления отводящего трубопровода и напора столба воды в емкости 14 - отличие от прототипа;

- преобразователь частоты 16 электротока откачивающего насоса 5 автоматически управляет оборотами его ротора и обеспечивает расход откачки обработанной воды из дегазационной емкости-ресивера 10, близкий к расходу ее поступления из дезинтегратора 9 - отличие от прототипа;

- обратный клапан 12 препятствует оттоку обработанной воды из хранилища 14 по трубопроводу 13 в емкость-ресивер 10 при неработающем насосе 11 - отличие от прототипа;

- датчики-сигнализаторы 31 и 32 переключают насос откачки 11 на увеличенный или уменьшенный расход откачки воды из емкости-ресивера 10 в хранилище 14 при переполнении и при опорожнении емкости-ресивера - отличие от прототипа;

- трубопровод 33 соединяет газовую подушку емкости 14 с атмосферой при ее заполнении обработанной водой, и при подаче из нее воды потребителям по трубопроводу 34 - отличие от прототипа.

Расход вдуваемого в дезинтегратор чистого газообразного кислорода (или в составе рабочего газа) при настроечных испытаниях ГДУ у Заказчика на объектовой воде в натурных условиях назначают в начале равным по весу показателю загрязненности воды, т.е. С_к=ПЗ_ср г/л, и уточняют его экспериментально, потому что он зависит от вида и количества загрязняющих веществ, температуры воды, и других факторов, плохо поддающихся расчетам.

В мобильной ГДУ:

- подают электропитание на электродвигатели насосов 2, 5, 11 из собственного автономного источника (дизель-генератора 19) - отличие от прототипа;

- подают рабочий газ (воздух или кислород) в дезинтегратор 9 из собственного автономного источника 17 (воздушного компрессора или баллона кислорода) - отличие от прототипа.

Предложенную стационарную ГДУ настраивают, и с ее помощью обеззараживают и очищают загрязненную до разной степени воду от различных веществ в крупных природных источниках, в промышленных и с/х сборниках, в населенных пунктах.

Точно таким же образом настраивают мобильную ГДУ, и с ее помощью обеззараживают и очищают загрязненную до разной степени воду от различных веществ в мелких природных источниках, в промышленных и с/х сборниках, в мелких населенных пунктах, расположенных в местах с разными географическими координатами, не оснащенных электроэнергией, рабочим газом, инфраструктурой, капитальными строениями, при аварийных ситуациях в очистных сооружениях крупных населенных пунктов, промышленных предприятий.

Мобильная ГДУ по ТЗ Заказчика дооснащается необходимыми агрегатами - гибкими трубопроводами 3 и 13 (п. 9 и 12 формулы изобретения), источниками электроэнергии и сжатым рабочим газом (п. 15 и 16 формулы изобретения), если они отсутствуют в местах нахождения источников загрязненной воды, и монтируется в морском контейнере на автомобильном прицепе (п. 17-19 формулы изобретения).

Предложенная ГДУ может быть применена для обеззараживания и очистки любых текучих сред с соответствующими доработками и дооснащением по ТЗ Заказчиков (без изменения ключевых отличительных особенностей, указанных в независимом п. 1 формулы изобретения).

Геометрические характеристики элементов конструкции предложенной ГДУ, расход, давление, состав подаваемого в дезинтегратор 9 рабочего газа (воздуха или кислорода), гидродинамические характеристики рабочей среды в дезинтеграторе 9, противодавление на выходе из дезинтегратора 9, рассчитываются по ПЗ_ср обрабатываемой воды и эксплуатационным условиям применения ГДУ (производительности насоса, эксплуатационной температуре воды, показателю загрязнения воды, противодавлению за дезинтегратором 9, и др.) с помощью комплексной системы физико-математических зависимостей, разработанных авторами-заявителями на основе результатов известных научно-технических исследований.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, в промышленности, в сельском хозяйстве, аварийными службами и военными подразделениями для быстрого обеззараживания и быстрой очистки загрязненной воды. Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды содержит последовательно установленные рабочий насос 5, конфузор 8, дезинтегратор 9, а также систему ввода сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода из внешнего источника 17 в поток обрабатываемой в дезинтеграторе 9 воды, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы. Рабочий насос 5 выполнен имеющим давление на выходе Р=(10-35) кг/см². Конфузор 8 имеет диаметр входного сечения, равный диаметру выходного сечения рабочего насоса 5, и диаметр выходного сечения, равный диаметру входного сечения дезинтегратора 9. Дезинтегратор 9 выполнен из прямоточной горизонтальной трубы длиной L=(4-12) м. Источник 17 сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода подключен к дезинтегратору 9 через кран 18, редуктор постоянного давления 35, шайбу-дозатор 36, предназначенные для обработки воды, загрязненной по химической и биологической потребности кислорода (ХПК + БПК) до среднего показателя загрязненности ПЗ_ср≤5 г/л, и выполненные с возможностью настройки и автоматического поддержания требуемого давления и расхода сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в сечении его вдува в дезинтегратор 9, а также с возможностью создания в нем монодисперсного газожидкостного потока с параметрами: содержание кислорода (С_к) не менее ПЗ_ср обрабатываемой воды; среднее объемное газосодержание δ_ср=0,15-0,25; средняя скорость W_cp=(20-25) м/с; продолжительность соприкосновения жидкой и парогазовой фаз τ=(0,2-0,5) с; средний радиус парогазовых пузырьков R_cp=(30-70) мкм; критерий Рейнольдса R_e=1,5×10⁵-7,5×10⁶; критерий Вебера W_e=2,2×10⁴-2,0×10⁶. Изобретение позволяет использовать гиродинамическую установку для обеззараживания и очистки загрязненной до разной степени воды, обеспечить безопасную очистку воды до среднего показателя загрязненности ПЗ_ср≤5 г/л, снизить средний радиус микропузырьков рабочего газа в потоке, обеспечить меньшее газосодержание воды, снизить скорость газожидкостного потока с обеспечением достаточного времени соприкосновения растворенных в воде частиц загрязняющих веществ 0,2-0,5 с в дезинтеграторе увеличенной длины. 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидродинамическая установка (ГДУ) обработки загрязненной воды, содержащая последовательно установленные рабочий насос, конфузор, дезинтегратор, а также систему ввода сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода из внешнего источника в поток обрабатываемой в дезинтеграторе воды, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы, отличающаяся тем, что рабочий насос выполнен имеющим давление на выходе Р=(10-35) кг/см²; конфузор имеет диаметр входного сечения, равный диаметру выходного сечения рабочего насоса, и диаметр выходного сечения, равный диаметру входного сечения дезинтегратора; дезинтегратор выполнен из прямоточной горизонтальной трубы длиной L=(4-12) м; источник сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода подключен к дезинтегратору через кран, редуктор постоянного давления, шайбу-дозатор, предназначенные для обработки воды, загрязненной по химической и биологической потребности кислорода (ХПК + БПК) до среднего показателя загрязненности ПЗ_ср≤5 г/л, и выполненные с возможностью настройки и автоматического поддержания требуемого давления и расхода сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в сечении его вдува в дезинтегратор, а также с возможностью создания в нем монодисперсного газожидкостного потока с параметрами: содержание кислорода (С_к) не менее ПЗ_ср обрабатываемой воды; среднее объемное газосодержание δ_ср=0,15-0,25; средняя скорость W_cp=(20-25) м/с; продолжительность соприкосновения жидкой и парогазовой фаз τ=(0,2-0,5) с; средний радиус парогазовых пузырьков R_cp=(30-70) мкм; критерий Рейнольдса R_e=1,5×10⁵-7,5×10⁶; критерий Вебера W_e=2,2×10⁴-2,0×10⁶.

2. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что для экологически безопасной обработки воды, загрязненной по (ХПК + БПК) до ПЗ_ср≤1,5 г/л, система ввода сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в дезинтегратор соединена с источником атмосферного воздуха, а рабочий насос выполнен имеющим давление на выходе Р=(25-35) кг/см².

3. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что для экологически безопасной обработки воды, загрязненной по (ХПК + БПК) до ПЗ_ср=(1,5-5) г/л, система ввода сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в дезинтегратор соединена с источником сжатого газообразного чистого кислорода, а рабочий насос выполнен имеющим давление на выходе Р=(10-20) кг/см².

4. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что прямоточная горизонтальная труба дезинтегратора длиной L=(4-12) м выполнена из последовательно соединенных участков прямоточных труб каждый длиной L ~ 4 м.

5. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что на входной части дезинтегратора под углом (40-50)° к его оси по ходу потока воды монтированы диаметрально расположенные штуцеры, соединенные с общим источником сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода через кран, редуктор постоянного давления, шайбу-дозатор с возможностью увеличения турбулентности и скорости потока воды в дезинтеграторе.

6. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в трубопроводе подачи загрязненной воды между рабочим насосом и дезинтегратором монтированы расходомер и манометр, в трубопроводе подачи сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в дезинтегратор монтирован манометр, в трубопроводе отвода газожидкостного потока из дезинтегратора монтированы манометр и механическая задвижка.

7. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что электродвигатель рабочего насоса подключен к источнику переменного тока через преобразователь частоты, управляемый датчиком давления в трубопроводе подачи в дезинтегратор загрязненной воды и выполненный с возможностью автоматического управления оборотами ротора рабочего насоса, обеспечивающими расчетное давление загрязненной воды на входе в дезинтегратор.

8. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что редуктор постоянного давления и шайба-дозатор на линии вдува сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в дезинтегратор выполнены с возможностью вдува сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в поток загрязненной воды в дезинтеграторе в количестве, обеспечивающем содержание в ней кислорода С_к на (10-50) % больше имеющихся в воде загрязняющих веществ по ПЗ_ср, т.е. С_к=(1,1-1,5) ПЗ_cp г/л.

9. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что перед рабочим насосом установлены трубопровод длиной ≥3 м с подающим насосом на входном конце для подачи загрязненной воды в рабочий насос из источника загрязненной воды с расходом не менее расхода рабочего насоса и с давлением, обеспечивающими его бескавитационную работу.

10. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что к выходу из дезинтегратора подсоединена сообщенная верхней частью с атмосферой емкость-ресивер, предназначенная для дегазации поступающей из дезинтегратора газоводяной смеси (выделения из нее и удаления в атмосферу газов), к нижней части которой подсоединен насос, предназначенный для откачки дегазированной воды по гибкому трубопроводу длиной ≥3 м в хранилище обработанной в дезинтеграторе воды расходом, равным расходу рабочего насоса, и для создания напора, превышающего на ΔР≥0,3 кг/см² сопротивление отводящего гибкого трубопровода и столба обработанной воды в хранилище.

11. Гидродинамическая установка по п. 10, отличающаяся тем, что емкость-ресивер имеет форму цилиндра, верхняя часть которого выполнена меньшим диаметром и подсоединена к выходу из дезинтегратора трубопроводом, монтированным по касательной к образующей верхней части цилиндра, а нижняя выполнена большим диаметром и подсоединена к входу в насос откачки трубопроводом, монтированным по касательной к образующей нижней части цилиндра, по ходу вращения потока воды в нем.

12. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в трубопроводе откачки воды из емкости-ресивера в емкость-хранилище установлен обратный клапан, предназначенный для отделения полости емкости-хранилища от емкости-ресивера при выключении насоса откачки.

13. Гидродинамическая установка по п. 10, отличающаяся тем, что емкость-ресивер оснащена уровнемером, состоящим из вертикальной трубки с монтированными в ее полости датчиками-сигнализаторами максимального и минимального уровня воды в ней, предназначенным для контроля уровня дегазированной воды в емкости-ресивере, при этом нижний конец трубки сообщен с полостью нижней части нижнего цилиндра емкости-ресивера, а верхний - с атмосферой.

14. Гидродинамическая установка по п. 10, отличающаяся тем, что электродвигатель насоса откачки воды из емкости-ресивера в емкость-хранилище обработанной воды подключен к источнику переменного тока через преобразователь частоты, управляемый датчиками-сигнализаторами максимального и минимального уровня воды в емкости-ресивере с возможностью увеличения или уменьшения оборотов ротора насоса откачки, обеспечивающих расход опорожнения емкости-ресивера, близкий к расходу ее заполнения.

15. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что оснащена автономным источником сжатого атмосферного воздуха (воздушным компрессором) и/или сжатого газообразного кислорода (баллоном), предназначенным для вдува сжатого атмосферного воздуха или сжатого газообразного кислорода в дезинтегратор под давлением на ΔР≥3 кг/см² больше давления загрязненной воды в дезинтеграторе.

16. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что оснащена автономным источником электроэнергии (дизельным генератором), предназначенным для электропитания рабочего и вспомогательных насосов ГДУ, освещения, отопления, кондиционирования и вентиляции контейнера, электропитания воздушного компрессора, погрузо-разгрузочных устройств.

17. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что монтирована в автономном контейнере (например, морском), выполняющем роль производственно-бытового помещения, выполненном с возможностью размещения в нем агрегатов гидродинамической установки и обслуживающего персонала при ее транспортировке и эксплуатации.

18. Гидродинамическая установка по п. 17, отличающаяся тем, что контейнер, в котором монтирована гидродинамическая установка, оснащен грузоподъемными механизмами, вентиляторами, обогревателями, освещением, предназначенными для создания рабочих и бытовых условий обслуживающему персоналу.

19. Гидродинамическая установка по п. 17, отличающаяся тем, что контейнер, в котором монтирована гидродинамическая установка, установлен и закреплен на автомобильном прицепе, предназначенном для перемещения гидродинамической установки по автотрассам к различным источникам (хранилищам) загрязненной воды.