RU158367U1 - Устройство для очистки воды - Google Patents

Abstract

1. Устройство для очистки воды, содержащее реактор для обрабатываемой воды, отстойник, коронирующий электрод, входной патрубок для продувки газа, выходной патрубок для отвода очищенной воды, который связан с эжектором, высоковольтный источник питания, отличающееся тем, что коронирующий электрод выполнен в виде одной или нескольких пластин, расположенных параллельно поверхности воды, закрепленных на токопроводящей оси, которая находится посередине пластины, пластины выполнены с возможностью вращения, при этом одна сторона коронирующего электрода является коронирующей до оси, а от оси до второго конца электрода коронирующей является противоположная сторона.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коронирующая часть электрода выполнена в виде зубьев треугольной формы, расстояние между вершинами которых составляет не менее 5 мм.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по периметру отстойника устанавливаются дополнительные коронирующие электроды, находящиеся под потенциалом основного коронирующего электрода.

Description

Полезная модель относится к области обработки воды, в частности к очистке воды от органических и неорганических примесей, обеззараживанию от патогенной микрофлоры, и может быть использовано в системах очистки и водоподготовки до уровня технических нужд.

Известно устройство очистки и обеззараживания воды [1] содержащее реактор для обрабатываемой воды, входной и выходной патрубок, генератор импульсных напряжений, компрессор продуваемого через межэлектродное пространство газа. Недостатками такого устройства являются значительные технические трудности, связанные со сложностью конструкции, сложностью построения мощного генератора наносекундных импульсов, наличие нескольких групп разрядных электродов.

Известно устройство для очистки и обеззараживания воды электрическими разрядами [2], содержащее камеру для обрабатываемой жидкости, высоковольтный и заземленный электроды. Недостатками данного устройства являются сложная форма высоковольтного электрода, выполненного в виде объемной решетки над всей поверхностью воды, сложная конструкция осадительного электрода с перфорацией в виде полых цилиндров, необходимость выполнения отдельной операции по вводу озоносодержащего газа в объем воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство очистки и обеззараживания воды [3], содержащее реактор с группой верхних электродов и нижний электрод, эжектор, входной патрубок для подачи воздуха, выходной патрубок который связан с эжектором. Очистка воды происходит путем воздействия электрическим током и постоянным электрическим полем на объем обрабатываемой жидкости и слой газа, расположенного над ней. в результате чего получают озоногидроксильную смесь, содержащую радикалы OH, HO₂ и озон, затем осуществляют транспортировку полученной смеси к обрабатываемой жидкости.

Недостатками такого способа являются сложность конструкции, так как группа верхних электродов представляет собой массив стержней, расположенных над всей площадью поверхности воды, длина выходного патрубка реактора для транспортировки озоногидроксильной смеси зависит от времени жизни радикалов и скорости транспортируемого потока, транспортировка озоногидроксильной смеси должно удовлетворять требованию tтр<tс, где tтр - время транспортировки, a tс - время установления стационарной концентрации радикалов, объем смесителя должен быть равен объему обрабатываемой жидкости, протекающей через эжекторный насос за 5-10 с.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение конструкции устройства очистки воды и увеличение эффективности очистки.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки воды, содержащее реактор для обрабатываемой воды, отстойник, коронирующий электрод, входной патрубок для продувки газа, выходной патрубок для отвода очищенной воды, который связан с эжектором, высоковольтный источник питания, отличающееся тем, что коронирующий электрод выполнен в виде одной или нескольких пластин, расположенных параллельно поверхности воды, закрепленных на токопроводящей оси, которая находится по середине пластины, пластины выполнены с возможностью вращения, при этом одна сторона коронирующего электрода является коронирующей до оси, а от оси до второго конца электрода коронирующей является противоположная сторона.

Структурная схема устройства для очистки и обеззараживания воды представлена на фиг. 1. На фиг. 2 показан вид сверху установки без крышки с указанием направлений вращения коронирующего электрода и перемешивание верхнего слоя воды. Экспериментальные вольтамперные характеристики макетного образца устройства очистки воды приведены на

фиг. 3 и фиг. 4, где h - расстояние между коронирующим электродом и поверхностью воды.

Примером конкретного выполнения полезной модели является устройство очистки и обеззараживания воды, которое схематично представлено на фиг. 1. Устройство содержит высоковольтный источник питания, водяную помпу (1) для подачи очищаемой воды в отстойник (2). Вокруг отстойника (2) находится наклонный желоб (3), имеющий в нижней части отверстие для слива очищенной воды (4), в котором находится эжектор (5) для смешивания озоногидроксильной смеси с потоком воды. Очищенная вода сливается по выходному патрубку (6). Вращающийся коронирующий электрод (7) расположен параллельно поверхности воды и закреплен на токопроводящей оси (8). Один конец оси (8) закреплен на середине коронирующего электрода, а второй закреплен в подшипнике (9), который установлен в крышке (10) из непроводящего материала. В крышке (10) находится входной патрубок (11) для подачи кислорода или воздуха в реактор (12) и клапан избыточного давления (13).

Устройство работает следующим образом. При подаче высокого напряжения с одного из полюсов высоковольтного источника питания на коронирующий электрод 7 возникает электрический разряд между коронирующим электродом и поверхностью воды, которая соединена с другим полюсом источника и заземлена. В результате при подаче кислорода или воздуха через патрубок 11 в реакторе 12, происходит образование озона, атомарного кислорода, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, а в присутствии паров воды происходит образование радикалов OH и HO₂. Константы скорости реакций с радикалами OH для многих веществ в миллионы раз больше, чем с озоном, т.е. радикалы OH являются сильным универсальным окислителем. Предпочтительнее работа на кислороде, т.к. больше выход озона, не происходит образования оксидов азота.

Очищаемая вода подается помпой 1 в отстойник 2. По мере наполнения отстойника излишки воды начинают переливаться через края и сливаются в наклонный желоб 3. Таким образом, осуществляется непрерывное обновление верхнего слоя, скорость которого можно регулировать помпой 1. В нижней части наклонного желоба находится сливное отверстие 4 с эжектором 5, в котором происходит засасывание озоногидроксильной смеси под действием стекающей воды по каналу сужающегося сечения. Наличие эжектора позволяет улучшить эффективность очистки воды путем дополнительного перемешивания озоногидроксильной смеси непосредственно в выходном патрубке 6. Очищенная вода отводится по выходному патрубку и может повторно подаваться в объем отстойника для улучшения качества очистки или при достаточном качестве очистки - направляется на технические нужды.

В предлагаемом устройстве очистка и обеззараживание воды производится за счет разложения и окисления примесей при совместном воздействии УФ-излучения, быстрых электронов и природных окислителей (озон, атомарный кислород, радикалы OH и HO₂), генерируемых электрическим коронным разрядом над поверхностью воды. Вследствие перемешивания верхнего слоя воды под действием электрического ветра, озон и другие окислители более равномерно распределяются по поверхности и проникают вглубь воды, что приводит к более качественной очистке.

Использование вращающегося коронирующего электрода позволяет обработать всю площадь поверхности воды одним или несколькими электродами, что позволяет упростить конструкцию электродной системы устройства очистки воды. Вращение коронирующего электрода осуществляется под действием электрического ветра в коронном разряде, что приводит к закручиванию и перемешиванию верхнего слоя воды с озоногидроксильной смесью без использования дополнительных элементов. Кроме того, в отличие от прототипа, где генерация озоногидроксильной смеси осуществлялась в отдельном объеме (реакторе), а затем транспортировалась в объем очищаемой воды (смеситель), в заявляемом устройстве генерация активных частиц происходит в том же объеме, где находится очищаемая вода, что позволяет снизить потери концентрации активных частиц при транспортировке, горение коронного разряда происходит между верхним коронирующим электродом и поверхностью очищаемой воды, что приводит к проникновению активных частиц в верхний слой воды. Также при горении разряда на поверхности воды, происходит дополнительное воздействие на загрязнения УФ-излучением.

Коронирующий электрод 7 выполнен в виде одной или нескольких пластин и расположен параллельно поверхности воды для уменьшения сопротивления воздуху, вращение электрода осуществляется относительно оси, проходящей через середину пластины. За счет того, что одна сторона пластины является коронирующей до оси вращения, а от оси до второго конца пластины коронирующей является противоположная сторона, он начинает вращаться под действием эффекта электрического ветра, в свою очередь поверхность воды начинает вращаться в противоположную сторону, что способствует более эффективному перемешиванию верхнего слоя воды. Коронирующая сторона электрода выполнена в виде зубьев треугольной формы, причем расстояние между зубьями выбирается не менее 5 мм. При меньших расстояниях разряды с соседних зубьев начинают экранировать друг друга и эффективность ионизации уменьшается.

Устройство может быть дополнительно снабжено неподвижными коронирующими электродами по периметру отстойника, для увеличения эффективности очистки воды.

Проникновение активных частиц в верхний слой воды и их взаимодействие с находящимися примесями при конструкции реактора, когда коронирующий электрод находится над поверхностью воды, экспериментально показан в работе [4]. Согласно экспериментам можно создать условия, когда вещества, образующиеся на поверхности, или искусственно введенные на поверхность, будут проникать на глубину больше 2 см, практически не задерживаясь в поверхностном слое.

Параметры макетного образца: длина вращающегося коронирующего электрода 200 мм, максимальная частота вращения электрода 15 Гц, расстояние от коронирующего электрода до поверхности воды от 10 мм до 25 мм. Экспериментальные исследования проводились на воздухе при постоянном высоком напряжении отрицательной полярности, приложенного к коронирующему электроду фиг. 3, и при постоянном высоком напряжении положительной полярности - фиг. 4 для различных расстояний h от коронирующего электрода до поверхности воды. При работе на отрицательной короне разряд горит стабильнее, не происходит перехода в искровой разряд. При работе на положительной короне необходимо большее расстояние h, что приводит к возрастанию питающего напряжения. Для очистки воды также можно использовать переменное напряжение.

Список литературы

1. Патент №2372296, кл. C02F 1/467.

2. Патент №2152359, кл. C02F 1/467.

3. Патент №2251533 C2, кл. C02F 1/467.

4. Пискарев И.М., Ушканов В.А., Селемир В.Д. и др. Перемешивание жидкости под действием наносекундного коронного сильноточного электрического разряда // Тезисы VIII Межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике электронике, экологии и медицине», 19-20 ноября 2007 г.

Claims (3)

1. Устройство для очистки воды, содержащее реактор для обрабатываемой воды, отстойник, коронирующий электрод, входной патрубок для продувки газа, выходной патрубок для отвода очищенной воды, который связан с эжектором, высоковольтный источник питания, отличающееся тем, что коронирующий электрод выполнен в виде одной или нескольких пластин, расположенных параллельно поверхности воды, закрепленных на токопроводящей оси, которая находится посередине пластины, пластины выполнены с возможностью вращения, при этом одна сторона коронирующего электрода является коронирующей до оси, а от оси до второго конца электрода коронирующей является противоположная сторона.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коронирующая часть электрода выполнена в виде зубьев треугольной формы, расстояние между вершинами которых составляет не менее 5 мм.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по периметру отстойника устанавливаются дополнительные коронирующие электроды, находящиеся под потенциалом основного коронирующего электрода.

Images