RU156915U1

RU156915U1 - DEVICE FOR CLEANING AND DISINFECTING WATER

Info

Publication number: RU156915U1
Application number: RU2015125602/05U
Authority: RU
Inventors: Ривнер Фазылович Ганиев; Олег Владимирович Шмырков; Георгий Павлович Лысенко; Геннадий Серафимович Тибрин; Валерий Павлович Рудаков
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-11-20

Abstract

1. Устройство для очистки и обеззараживания воды, содержащее рабочую камеру, установленную внутри камеры ультрафиолетовую лампу, систему подачи воды и воздуха в камеру, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, внутри которого расположена ультрафиолетовая лампа с зазором между стенкой камеры и колбой лампы, а в донной части камеры установлен гидродинамический генератор колебаний проточного типа, имеющий смесительную камеру с тангенциальными и осесимметричным каналами, к которым соответственно подведены водный и воздушные трубопроводы, обеспечивающие подачу воды и воздуха от наружных водного насоса и воздушного компрессора, при этом колба лампы выполнена из кварцевого стекла, заполнена инертным газом и имеет осесимметричную форму, внутри которой по оси колбы расположены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки, образующие воздушный канал от компрессора к наружному воздушному трубопроводу, соединяющийся с гидродинамическим генератором, причем наружная трубка, выполненная из кварцевого стекла, имеет в нижней части заглушку в виде фторопластовой пробки, а в верхней части соединена с наружным воздушным трубопроводом, причем внутренняя трубка, подводящая потенциал к сетчатому электроду лампы, выполнена из токопроводящего материала и одним концом на входе соединена с воздушным компрессором.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ультрафиолетовой лампы использована эксимерная ксеноновая лампа.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем использован чисто атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему1. A device for cleaning and disinfecting water, comprising a working chamber, an ultraviolet lamp installed inside the chamber, a system for supplying water and air to the chamber, characterized in that the working chamber is made in the form of a vertically mounted cylinder, inside which there is an ultraviolet lamp with a gap between the chamber wall and a bulb, and in the bottom of the chamber there is a flow-type hydrodynamic oscillation generator having a mixing chamber with tangential and axisymmetric channels, to which correspond Water and air pipelines are supplied to ensure the supply of water and air from the external water pump and air compressor, while the lamp bulb is made of quartz glass, filled with inert gas and has an axisymmetric shape, inside of which two coaxial tubes inserted one into the other are located along the bulb axis forming an air channel from the compressor to the outer air pipe, connected to a hydrodynamic generator, and the outer tube made of silica glass has in the lower the plug part in the form of a fluoroplastic tube, while the upper part is connected with the outer air duct, wherein the inner tube, summing potential to the mesh electrode of the lamp is made of conductive material and one end is connected to the inlet air kompressorom.2. The device according to claim 1, characterized in that an excimer xenon lamp is used as an ultraviolet lamp. The device according to claim 1, characterized in that it uses purely atmospheric air or air with an oxygen content of 5 to 100% by volume

Description

Устройство предназначено для обработки воды при совместном действии ультрафиолетового (УФ) излучения и озона с целью обеззараживания воды и удаления растворенных органических и неорганических примесей. Устройство может быть использовано для очистки сточных и природных вод, в том числе для получения питьевой воды.The device is designed to treat water with the combined action of ultraviolet (UV) radiation and ozone in order to disinfect water and remove dissolved organic and inorganic impurities. The device can be used for wastewater and natural water treatment, including for drinking water.

Известно устройство для обработки воды путем ее подачи в аппарат, содержащий бактерицидную лампу УФ-излучения с преимущественной энергией излучения на длине волны 254 нм и защитный кварцевый чехол, установленный коаксиально с лампой (Патент RU, 2042637, C02F 1/32, C02F 1/78, 1993). При работе устройства в воздушном пространстве между лампой и чехлом образуется озон, который через эжектор поступает в воду. Недостатком этого способа является низкая эффективность образования озона, поскольку УФ-излучение с длиной волны 254 нм не способно генерировать озон, а, наоборот, приводит к разрушению озона. В ртутных бактерицидных лампах низкого давлении в образовании озона участвует излучение с длиной волны 185 нм, интенсивность излучения которого в 10 раз меньше, чем интенсивность излучения на длине волны 254 нм. Кроме того, ввод в воду озоно-воздушной смеси эжектированием дает малую поверхность раздела газовой и жидкой фаз и не обеспечивает высокой скорости растворения озона в воде.A device is known for treating water by supplying it to an apparatus containing a bactericidal lamp of UV radiation with a predominant radiation energy at a wavelength of 254 nm and a protective quartz case mounted coaxially with the lamp (Patent RU, 2042637, C02F 1/32, C02F 1/78 , 1993). When the device operates in the airspace between the lamp and the cover, ozone is formed, which enters the water through the ejector. The disadvantage of this method is the low efficiency of ozone formation, since UV radiation with a wavelength of 254 nm is not able to generate ozone, but, on the contrary, leads to the destruction of ozone. Radiation with a wavelength of 185 nm, whose radiation intensity is 10 times less than the radiation intensity at a wavelength of 254 nm, is involved in the formation of ozone in low-pressure mercury germicidal lamps. In addition, the introduction of ozone-air mixture into the water by ejection gives a small interface between the gas and liquid phases and does not provide a high dissolution rate of ozone in water.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является устройство для обработки водных сред при помощи источника УФ-излучения, помещенного в обрабатываемую среду и представляющего собой вакуумную ультрафиолетовую лампу на барьерном разряде (Патент RU, 2142915, C02F 1/32, 1999). При этом может быть использована лампа, наполненная ксеноном, излучающая ультрафиолет с длиной волны в области 172 нм. Обработку водной среды ведут при подаче в кольцевой зазор между лампой и внутренней стенкой реактора воздуха, инертного газа или смеси инертных газов под давлением. При обычной продувке воды газами не достигается большая величина поверхности раздела фаз, необходимая для физико-химического взаимодействия газов и воды. В таких условиях вследствие значительного поглощения водой ультрафиолета с длиной волны в области 172 нм нельзя рассчитывать на образование озона в пузырьках воздуха.The closest analogue of the claimed technical solution is a device for treating aqueous media using a UV radiation source placed in the medium to be treated and which is a vacuum ultraviolet lamp on a barrier discharge (Patent RU, 2142915, C02F 1/32, 1999). In this case, a xenon-filled lamp emitting ultraviolet with a wavelength in the region of 172 nm can be used. The treatment of the aqueous medium is carried out by feeding air, an inert gas or a mixture of inert gases under pressure into the annular gap between the lamp and the inner wall of the reactor. In the usual purging of water by gases, a large size of the interface is not achieved, which is necessary for the physicochemical interaction of gases and water. Under such conditions, due to the significant absorption of ultraviolet radiation with a wavelength in the region of 172 nm by water, one cannot count on the formation of ozone in air bubbles.

Рассматриваемой технической задачей является разработка относительно экономичного и простого устройства с использованием ультрафиолетовой эксимерной ксеноновой лампы, обеспечивающего обеззараживание воды действием ультрафиолетового излучения и эффективную генерацию озона в пузырьках вводимого в воду воздуха для очистки воды при высокоразвитой поверхности раздела газовой и жидкой фаз.The technical problem under consideration is the development of a relatively economical and simple device using an ultraviolet excimer xenon lamp, which provides for the disinfection of water by ultraviolet radiation and the effective generation of ozone in air bubbles introduced into the water to purify water at a highly developed interface between the gas and liquid phases.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для очистки и обеззараживания воды озоном и ультрафиолетом содержит вертикальную цилиндрическую камеру, внутри которой установлена ультрафиолетовая лампа с кольцевым зазором между лампой и стенкой камеры. В донной части камеры установлен вихревой гидродинамический генератор колебаний проточного типа с волновым генератором для приготовления водно-воздушной смеси и подачи ее в кольцевой зазор. К генератору присоединены трубопроводы подвода воды и пропуска воздуха (или воздуха с насыщением кислорода), который предварительно проходит через внутреннюю полость ультрафиолетовой лампы для генерации озона. В корпусе генератора выполнены тангенциальные и осесимметричный каналы для подачи соответственно воды и воздуха, обеспечивающие образование газодинамического потока с окружной скоростью на выходе генератора с траекторией воздушных пузырьков, обтекающей поверхность лампы, которая имеет спиралевидный характер, при этом время облучения пузырьков воздуха увеличивается и, соответственно, возрастает концентрация в них озона. Тангенциальных отверстий может быть несколько. Обычно от двух до четырех. К тангенциальным отверстиям подводится вода по трубопроводам от насоса. К осевому каналу генератора поступает воздух (или воздух с насыщением кислорода) от компрессора через коаксиальные трубки, расположенные в центральной полости лампы.The problem is solved due to the fact that the device for cleaning and disinfecting water with ozone and ultraviolet contains a vertical cylindrical chamber, inside which is installed an ultraviolet lamp with an annular gap between the lamp and the chamber wall. In the bottom of the chamber there is a vortex hydrodynamic oscillator of flow-type oscillations with a wave generator for preparing a water-air mixture and feeding it into the annular gap. Pipelines for supplying water and passing air (or oxygen-saturated air), which previously passes through the internal cavity of the ultraviolet lamp to generate ozone, are connected to the generator. Tangential and axisymmetric channels are made in the generator’s casing for supplying water and air, respectively, ensuring the formation of a gas-dynamic flow at a peripheral velocity at the generator’s output with the trajectory of air bubbles flowing around the lamp surface, which has a spiral shape, while the time of irradiation of air bubbles increases and, accordingly, the concentration of ozone in them increases. There may be several tangential holes. Usually two to four. Water is supplied to the tangential openings through pipelines from the pump. Air (or oxygen-saturated air) enters the axial channel of the generator from the compressor through coaxial tubes located in the central cavity of the lamp.

Возбуждение колебаний давления в камере генератора приводит к ускорению процесса растворения озона в воде. В предлагаемом устройстве использована эксимерная ксеноновая лампа, содержащая осесимметричную кварцевую, заполненную инертным газом колбу, по оси которой установлены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки, образующие воздушный канал от компрессора к наружному трубопроводу гидродинамического генератора, при этом наружная трубка выполнена из кварцевого стекла и в нижней части имеет заглушку в виде полиэтиленовой пробки, По внутренней трубке, выполненной из токопроводящего материала, подается напряжение питания на сетчатый электрод лампы на наружной трубке через расположенные между ними перемычки. При пропускании воздуха через коаксиальные трубки обеспечивается интенсивное образование озона при одновременном охлаждении электрода лампы. В качестве агента воздуха может быть использован атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему. Подача воды к гидродинамическому компрессору осуществляется под давлением с помощью насоса.The excitation of pressure fluctuations in the generator chamber accelerates the dissolution of ozone in water. In the proposed device, an excimer xenon lamp was used, containing an axisymmetric quartz filled with an inert gas flask along the axis of which two coaxial tubes inserted one into the other are installed, forming an air channel from the compressor to the outer pipe of the hydrodynamic generator, while the outer tube is made of quartz glass and in the lower part has a plug in the form of a polyethylene plug. A voltage is supplied to the reticles through an inner tube made of conductive material the th electrode of the lamp on the outer tube through the jumpers located between them. When air is passed through coaxial tubes, intense ozone formation is ensured while the lamp electrode is cooled. As an air agent, atmospheric air or air with an oxygen content of 5 to 100% by volume can be used. Water is supplied to the hydrodynamic compressor under pressure using a pump.

На фиг. 1 представлена схема устройства;In FIG. 1 shows a diagram of a device;

На фиг. 2 - гидродинамический генератор.In FIG. 2 - hydrodynamic generator.

Устройство для очистки и обеззараживания воды озоном и ультрафиолетом представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру 1 (фиг. 1), внутри которой установлена ультрафиолетовая лампа 2 с кольцевым зазором между лампой и стенкой камеры. В донной части камеры 1 установлен вихревой гидродинамический генератор колебаний проточного типа 3 для приготовления водно-воздушной смеси и подачи ее в кольцевой зазор. Лампа 2 имеет осесимметричную кварцевую колбу 4, заполненную инертным газом, внутри по оси колбы расположены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки 5 и 6, образующие воздушный канал от компрессора 7 через наружный воздушный трубопровод 8 к гидродинамическому генератору 3. Наружная трубка 6, выполненная из кварцевого стекла, имеет в нижней части заглушку 9 в виде фторопластовой пробки. По трубке 5 подается напряжение питания на внутренний сетчатый электрод лампы на стенке трубки 6 через расположенные между ними перемычки. Другой полюс питания подключен к цилиндрической камере 1. К вихревому генератору 3 присоединены трубопроводы подвода воды 10 и подачи воздуха 8. В корпусе генератора выполнена смесительная камера 11 (фиг. 2), в которую выведены тангенциальные 12 (в количестве 2-4) и осесимметричный 13 каналы для подачи соответственно воды и воздуха. В качестве рабочего агента воздуха может быть использован атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему. Подача воды к гидродинамическому генератору осуществляется под давлением с помощью насоса 14 по трубопроводу 10. В предлагаемом устройстве использована эксимерная ксеноновая лампа, излучающая ультрафиолет с длиной волны в области 172 нм.A device for cleaning and disinfecting water with ozone and ultraviolet is a vertical cylindrical chamber 1 (Fig. 1), inside which is installed an ultraviolet lamp 2 with an annular gap between the lamp and the chamber wall. In the bottom of the chamber 1 is installed a vortex hydrodynamic oscillation generator of flow type 3 for preparing a water-air mixture and feeding it into the annular gap. Lamp 2 has an axisymmetric quartz flask 4 filled with inert gas, inside the axis of the flask are two coaxial tubes 5 and 6 inserted one into the other, forming an air channel from compressor 7 through an external air pipe 8 to a hydrodynamic generator 3. An outer tube 6 made of silica glass, has a bottom cap 9 in the form of a fluoroplastic stopper. The tube 5 is supplied with a supply voltage to the inner grid electrode of the lamp on the wall of the tube 6 through the jumpers located between them. The other power pole is connected to the cylindrical chamber 1. Water supply 10 and air supply pipelines 8 are connected to the vortex generator 3. A mixing chamber 11 (Fig. 2) is made in the generator housing, into which tangential 12 (2-4) and axisymmetric 13 channels for supplying respectively water and air. As a working agent of air, atmospheric air or air with an oxygen content of 5 to 100% by volume can be used. Water is supplied to the hydrodynamic generator under pressure using a pump 14 through a pipe 10. In the proposed device, an excimer xenon lamp is used that emits ultraviolet radiation with a wavelength in the region of 172 nm.

Устройство работает следующим образом. Подлежащая очистке вода насосом 14 через тангенциальные отверстия 12 подается в вихревую камеру 11 гидродинамического генератора колебаний 3. В смесительную камеру 11 подается воздух через осесимметричный канал 13. Подача воздуха к гидродинамическому генератору 3 осуществляется от компрессора 7 через коаксиальные трубки 5 и 6, наружный трубопровод 8 в канал 13. Вследствие закрутки воды в вихревой камере в ее центральной части образуется разряжение, приводящее к кавитации и колебаниям давления в жидкости. В воздухе, подаваемом в вихревую камеру от компрессора или (и) в результате разряжения в вихревой камере, при его прохождении через центральную полость лампы под действием ультрафиолетового излучения образуется озон. Колебания давления в вихревой камере, продолжающиеся и за ее пределами, способствуют диспергации воздуха в воде и интенсификации процесса растворения озона в воде.The device operates as follows. The water to be cleaned by the pump 14 through the tangential openings 12 is supplied to the vortex chamber 11 of the hydrodynamic oscillation generator 3. Air is supplied to the mixing chamber 11 through the axisymmetric channel 13. Air is supplied to the hydrodynamic generator 3 from the compressor 7 through coaxial tubes 5 and 6, the outer pipe 8 into the channel 13. Due to the swirling of water in the vortex chamber in its central part, a vacuum is formed, leading to cavitation and pressure fluctuations in the liquid. In the air supplied to the vortex chamber from the compressor and / or as a result of discharge in the vortex chamber, when it passes through the central cavity of the lamp under the action of ultraviolet radiation, ozone is formed. Pressure fluctuations in the vortex chamber, continuing beyond its limits, contribute to the dispersion of air in water and the intensification of the process of dissolution of ozone in water.

Водно-воздушная смесь, поднимаясь вверх, омывает колбу 4 ультрафиолетовой лампы 2. При этом под действием ультрафиолетового излучения происходит дополнительное превращение кислорода, содержащегося в пузырьках, в озон, растворение озона в воде, сопровождающееся окислением органических загрязнений, и дезинфекция воды ультрафиолетовым излучением. Тем самым достигается комплексная очистка и обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением и озоном. Для увеличения эффективности утилизации ультрафиолета, внутренние стенки рабочего цилиндра полируются для образования цилиндрического зеркала.The air-water mixture, rising upward, washes the flask 4 of the ultraviolet lamp 2. In this case, under the influence of ultraviolet radiation, the oxygen contained in the bubbles turns into ozone, the ozone dissolves in water, accompanied by the oxidation of organic contaminants, and the water is disinfected with ultraviolet radiation. Thus, a comprehensive purification and disinfection of water by ultraviolet radiation and ozone is achieved. To increase the efficiency of ultraviolet disposal, the inner walls of the working cylinder are polished to form a cylindrical mirror.

В заявленном устройстве используется ультрафиолетовая лампа коаксиальной конструкции с внешней (колба 4) и внутренней (трубка 6) стенками. Перед поступлением воздуха в гидродинамический генератор воздух проходит через кольцевую полость трубки 6 ультрафиолетовой лампы и вследствие его облучения ультрафиолетом происходит образование озона. В результате повышается эффективность озонирования воды, так как в объеме смесительной камеры 11 предварительно обогащенный озоном воздух будет ускоренно растворяться в закрученном водяном потоке благодаря протеканию интенсивных волновых процессов. А после выхода пузырьков воздуха из смесительной камеры в кольцевом зазоре между корпусом и внешней оболочки лампы будут параллельно происходить два дополняющих друг друга процесса: образование озона из кислорода в пузырьках воздуха под воздействием ультрафиолетового облучения и растворение озона в воде в кольцевом зазоре между наружной цилиндрической стенкой эксимерной лампы и стенкой корпуса. В результате происходит двукратное облучение ультрафиолетом кислорода воздуха и интенсивное растворение озона из потока воздуха в закрученном потоке воды.The claimed device uses an ultraviolet lamp of a coaxial design with external (bulb 4) and internal (tube 6) walls. Before air enters the hydrodynamic generator, air passes through the annular cavity of the tube 6 of the ultraviolet lamp and, as a result of its irradiation with ultraviolet, ozone is formed. As a result, the efficiency of water ozonation is increased, since the air preliminarily enriched with ozone will rapidly dissolve in the swirling water stream in the volume of the mixing chamber 11 due to intense wave processes. And after the release of air bubbles from the mixing chamber in the annular gap between the housing and the outer shell of the lamp, two complementary processes will simultaneously occur: the formation of ozone from oxygen in the air bubbles under the influence of ultraviolet radiation and the dissolution of ozone in water in the annular gap between the outer cylindrical excimer wall lamps and the wall of the housing. As a result, the ultraviolet irradiation of air oxygen doubles and the ozone dissolves intensively from the air stream in a swirling water stream.

Claims

1. A device for cleaning and disinfecting water, comprising a working chamber, an ultraviolet lamp installed inside the chamber, a system for supplying water and air to the chamber, characterized in that the working chamber is made in the form of a vertically mounted cylinder, inside which there is an ultraviolet lamp with a gap between the chamber wall and a bulb, and in the bottom of the chamber there is a flow-type hydrodynamic oscillation generator having a mixing chamber with tangential and axisymmetric channels, to which correspond Water and air pipelines are supplied to ensure the supply of water and air from the external water pump and air compressor, while the lamp bulb is made of quartz glass, filled with inert gas and has an axisymmetric shape, inside of which two coaxial tubes inserted one into the other are located along the bulb axis forming an air channel from the compressor to the outer air pipe, connected to a hydrodynamic generator, and the outer tube made of silica glass has in the lower the plug part in the form of a fluoroplastic tube, while the upper part is connected with the outer air duct, wherein the inner tube, summing potential to the mesh electrode of the lamp is made of conductive material and one end is connected to the inlet air compressor.

2. The device according to claim 1, characterized in that an excimer xenon lamp is used as an ultraviolet lamp.

3. The device according to claim 1, characterized in that it uses purely atmospheric air or air with an oxygen content of 5 to 100% by volume.

4. The device according to claim 1, characterized in that 2-4 tangential channels are made in the mixing chamber of the hydrodynamic generator.