RU2136602C1

RU2136602C1 - Gear for purification and disinfection of water

Info

Publication number: RU2136602C1
Application number: RU98110868/25A
Authority: RU
Inventors: занов Н.Д. Р; Н.Д. Рязанов; занов К.Н. Р; К.Н. Рязанов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Имкомтех"
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: preparation of water for drinking and service supply systems. SUBSTANCE: gear includes body housing electrodes, branch pipe to supply and discharge water, branch pipe to supply oxygen-carrying gas and branch pipe to discharge waste ozone-carrying gas. High-voltage electrode is manufactured in the form of volumetric electrode of the type of brush with many sharp points and grounded electrode is made in the form of cylinder. Bushing insulator of high-voltage electrode and grounded electrode form together circular clearance through which water comes into gear and branch pipe to supply water is located in zone of grounded electrode and bushing insulator. Branch pipe feeding oxygen-carrying gas is connected to hollow current lead of high-voltage electrode and grounded electrode is linked to system distributing water and ozone- carrying mixture. Purification and disinfection of water are carried out thanks to oxidation of impurities present in water by ozone, atomic oxygen, excited molecules of oxygen, etc formed under electric discharges in gas and water carrying oxygen. EFFECT: increased efficiency of purification and disinfection of water, reduced specific energy consumption, enhanced reliability of structure of gear. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод от токсичных примесей, активации и обеззараживания воды и может быть использовано в системах очистки и водоподготовки. The invention relates to a device for preparing water for drinking and industrial water supply, wastewater treatment from toxic impurities, activation and disinfection of water, and can be used in purification and water treatment systems.

Известно достаточно много устройств для очистки и обеззараживания воды с помощью использования высоковольтных электрических разрядов. Так в патенте США N 3336564 и патенте ГДР N 67370 очистка и обеззараживание воды осуществляется в специальных реакторах, в которых установлены высоковольтные и заземленные электроды. При приложении к электродам высокого напряжения происходит пробой воды между электродами и за счет воздействия ударной волны, светового излучения и термохимических реакций происходит очистка и обеззараживание воды. There are many devices for cleaning and disinfecting water using high-voltage electric discharges. So in US patent N 3336564 and GDR patent N 67370 purification and disinfection of water is carried out in special reactors in which high-voltage and grounded electrodes are installed. When a high voltage is applied to the electrodes, a breakdown of water occurs between the electrodes and due to the influence of a shock wave, light radiation and thermochemical reactions, water is purified and disinfected.

В авторском свидетельстве СССР N 389030 используется устройство для очистки воды с помощью электрического разряда по газовой фазе, содержащей кислород, путем подачи кислородосодержащего газа в зону разряда через полые электроды. In USSR author's certificate N 389030, a device is used to purify water using an electric discharge in a gas phase containing oxygen, by supplying oxygen-containing gas to the discharge zone through hollow electrodes.

В устройстве для очистки воды по а.с. СССР N 514548 очистку воды осуществляют с помощью высоковольтных разрядов по поверхности раздела воздух - жидкость. In the device for water purification according to A.S. USSR N 514548 water purification is carried out using high-voltage discharges along the air-liquid interface.

Также известно устройство для обеззараживания воды электрическими разрядами а. с. N 1263643, содержащее корпус, выполненный в виде камеры с воздуховодом, и размещенные в нем генератор токовых высоковольтных импульсов, воздушный разрядник, компрессор и высоковольтную электродную пару, причем отрицательный электрод высоковольтной пары выполнен из немагнитного материала, снабжен отверстиями для подачи озона в область электрического разряда и на нем установлен подковообразный электромагнит, а воздушный разрядник снабжен инициирующим электродом, соединенным с высоковольтным генератором напряжения. При подаче напряжения на инициирующий электрод срабатывает воздушный разрядник, и напряжение от генератора токовых высоковольтных импульсов прикладывается к электродной паре, происходит пробой межэлектродного промежутка, заполненного водой и озоном, который подается в межэлектродный промежуток через отверстия в отрицательном электроде. Озон в свою очередь образуется в воздушных зазорах воздушного разрядника. В результате в воде образуется озон, радикалы H, OH, пузырьки водорода, кислорода, которые, воздействуя на воду, приводят к обеззараживанию воды. A device for disinfecting water by electric discharges is also known. with. N 1263643, comprising a housing made in the form of a chamber with an air duct, and a current-voltage pulse generator placed therein, an air gap, a compressor and a high-voltage electrode pair, the negative electrode of the high-voltage pair being made of non-magnetic material, provided with holes for supplying ozone to the electric discharge region and a horseshoe-shaped electromagnet is mounted on it, and the air gap is equipped with an initiating electrode connected to a high-voltage voltage generator. When voltage is applied to the initiating electrode, an air gap is triggered, and the voltage from the generator of current high-voltage pulses is applied to the electrode pair, a breakdown of the interelectrode gap filled with water and ozone occurs, which is supplied to the interelectrode gap through holes in the negative electrode. Ozone, in turn, is formed in the air gaps of the air gap. As a result, ozone, H, OH radicals, bubbles of hydrogen, oxygen are formed in water, which, acting on water, lead to disinfection of water.

Все выше приведенные известные устройства для очистки и обеззараживания воды характеризуются большей или меньшей эффективностью очистки воды, определенными удельными энергозатратами и степенью сложности конструкции и эксплуатации установок. Всем приведенным устройствам для очистки и обеззараживания воды присущи такие недостатки, как невысокая эффективность очистки и обеззараживания, высокие удельные энергозатраты, низкая надежность устройств. All of the above known devices for cleaning and disinfecting water are characterized by greater or lesser efficiency of water purification, certain specific energy consumption and the degree of complexity of the design and operation of installations. All the above devices for cleaning and disinfecting water have such disadvantages as low cleaning and disinfection efficiency, high specific energy consumption, low reliability of the devices.

Техническая задача в предлагаемом изобретении заключается в повышении эффективности очистки и обеззараживания воды, снижении удельных энергозатрат на процесс очистки и обеззараживания, повышении надежности конструкции установок для очистки и обеззараживания воды. The technical problem in the present invention is to increase the efficiency of water purification and disinfection, to reduce specific energy consumption for the process of purification and disinfection, to increase the reliability of the design of water purification and disinfection plants.

Это достигается в устройстве, содержащем корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного озоносодержащего газа, причем высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод выполнен в виде цилиндра, причем проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора, а патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, причем заземленный электрод соединен с распределительной системой водо-озоносодержащей смеси. This is achieved in a device comprising a housing, electrodes located therein, nozzles for supplying and discharging water, a nozzle for supplying oxygen-containing gas, and a nozzle for discharging spent ozone-containing gas, the high-voltage electrode being made in the form of a bulk multi-pointed electrode in the form of a ruff, and the grounded electrode is made in the form of a cylinder, and the bushing of the high-voltage electrode forms an annular gap with a grounded electrode, through which water enters the water supply pipe located in the zone of the grounded electrode and the bushing, and the pipe supplying oxygen-containing gas is connected to the hollow current lead of the high-voltage electrode, and the grounded electrode is connected to the distribution system of the water-ozone-containing mixture.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. При подаче высокого напряжения на высоковольтный электрод электрические разряды возникают между высоковольтным электродом и поверхностью воды в воздушном промежутке, который образуется за счет подачи воды в устройство и подсоса воздуха через полый токовод высоковольтного электрода. В результате в зоне воздействия электрических разрядов из воздуха происходит образование озона, атомарного кислорода, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, а на поверхности воды и в ее объеме происходит образование радикалов OH^- различных перекисей водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение. В зоне, расположенной ниже высоковольтного электрода, происходит смешение озоно-воздушной смеси с водой. Все активные продукты разряда вступают во взаимодействие с примесями, находящимися в воде, происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. В результате окисления железа, образуется гидроокись железа Fе(OH)₃, которая в результате образования и коагуляции является мощным сорбентом, в результате из воды дополнительно удаляются ионы тяжелых металлов, органические вещества, микробы. Так как процесс очистки и обеззараживания воды в предлагаемом устройстве протекает за счет воздействия большого количества факторов, то эффективность устройства высока, а энергозатраты на процесс очистки и обеззараживания низкие.The operation of the proposed device is as follows. When a high voltage is applied to the high-voltage electrode, electric discharges occur between the high-voltage electrode and the surface of the water in the air gap, which is formed by supplying water to the device and air suction through the hollow current lead of the high-voltage electrode. As a result, in the zone of electric discharges from air, ozone, atomic oxygen, excited oxygen molecules, electrons and ions are formed, and OH radicals ^, various hydrogen peroxides, are formed on the surface of the water and in its volume, and ultraviolet radiation is formed in the zone of electric discharges. In the zone located below the high-voltage electrode, the ozone-air mixture is mixed with water. All active discharge products interact with impurities in the water, oxidation of iron, manganese, hydrogen sulfide, organic impurities, discoloration and disinfection of water. As a result of iron oxidation, iron hydroxide Fe (OH) _{3 is formed} , which, as a result of formation and coagulation, is a powerful sorbent; as a result, heavy metal ions, organic substances, and microbes are additionally removed from water. Since the process of purification and disinfection of water in the proposed device proceeds due to the influence of a large number of factors, the efficiency of the device is high, and the energy consumption for the process of cleaning and disinfection is low.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на чертеж, на котором показан вид устройства для очистки и обеззараживания воды по настоящему изобретению. Features and advantages of the present invention will be clear from the following detailed description with reference to the drawing, which shows a view of the device for cleaning and disinfecting water of the present invention.

На рисунке 1 показано предлагаемое устройство для очистки и обеззараживания воды, A-A - сечение устройства на уровне высоковольтного электрода. На рис. 2 показано сечение B-B, на уровне распределительного устройства. Figure 1 shows the proposed device for cleaning and disinfecting water, A-A - section of the device at the level of the high-voltage electrode. In fig. 2 shows a section B-B, at the level of the switchgear.

Как показано на рисунках 1 и 2, устройство для реализации настоящего изобретения включает в себя корпус 1, внутри которого установлен высоковольтный электрод 2, изолированный от корпуса с помощью проходного изолятора 3. Высоковольтный электрод 2 выполнен в виде объемного многоострийного электрода (в виде ерша), который закреплен на полом тоководе 4 (термин - многоострийный электрод употребляется в научно-технической литературе по электрофизической аппаратуре, в частности в книге: Велихов Е.П., Баранов В.Ю., Летохов B. C., Рябов Е.А., Старостин А.Н. Импульсные CO₂-лазеры и их применение для разделения изотопов. - М.: Наука, 1983. - 304 с. (стр. 118. 18-я строка сверху).As shown in figures 1 and 2, the device for implementing the present invention includes a housing 1, inside which a high-voltage electrode 2 is installed, isolated from the housing using a bushing 3. The high-voltage electrode 2 is made in the form of a multi-tip bulk electrode (in the form of a ruff), which is mounted on a hollow current lead 4 (the term multi-tip electrode is used in the scientific and technical literature on electrophysical equipment, in particular in the book: Velikhov EP, Baranov V.Yu., Letokhov VS, Ryabov EA, Starostin A. N. And pulsed CO ₂ lasers and their application in isotope separation -. M .: Nauka, 1983 - 304 pp. (p. 118. 18-th row from the top).

Высоковольтный электрод 2 расположен коаксиально внутри заземленного цилиндрического электрода 5. Заземленный электрод 5 в нижней части соединен с распределительным устройством 6, которое представляет собой конструкцию из перфорированных трубок. Перфорация выполнена в виде отверстий 7. Общий вид распределительного устройства показан на рисунке 1 и на сечении B-B. В верхней части устройства установлен коллектор 8, на котором установлен подводящий очищаемую воду патрубок 9, а отводящий обработанную воду патрубок 10 размещен в нижней части корпуса 1. Подвод атмосферного воздуха осуществляется через полый токовод 4, а отвод отработанной озоно-воздушной смеси осуществляется через патрубок 11, который расположен в верхней части корпуса 1. The high-voltage electrode 2 is located coaxially inside the grounded cylindrical electrode 5. The grounded electrode 5 at the bottom is connected to a switchgear 6, which is a structure of perforated tubes. Perforation is made in the form of holes 7. A general view of the switchgear is shown in Figure 1 and in section B-B. A collector 8 is installed in the upper part of the device, on which a nozzle 9 for supplying purified water is installed, and a nozzle 10 for discharging treated water is located in the lower part of the housing 1. Atmospheric air is supplied through the hollow current lead 4, and the spent ozone-air mixture is discharged through the nozzle 11 which is located in the upper part of the housing 1.

Работает описанное устройство следующим образом. Исходная вода через патрубок 9 и коллектор 8 подается в корпус 1 устройства. За счет подачи воды через кольцевой зазор 12, образованный заземленным электродом 5 и проходным изолятором 3, в зоне высоковольтного электрода 2 образуется разряжение, за счет которого атмосферный воздух через полый токовод 4 засасывается внутрь устройства. При подаче на электроды высокого импульсного напряжения от источника питания, между высоковольтным электродом 2 и поверхностью воды, которая кольцевым потоком движется внутри заземленного электрода 5, в воздушном промежутке образуются электрические разряды. Электрические разряды образуются по всей поверхности рабочей части высоковольтного электрода 2. Под действием электрических разрядов из кислорода воздуха происходит образование атомарного кислорода, озона, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, на границе воды и в ее объеме образуются радикалы OH^-, различные перекиси и закиси водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение. В зоне, расположенной ниже высоковольтного электрода, происходит смешение озоно-воздушной смеси с водой. Все активные продукты разряда вступают во взаимодействие с примесями, находящимися в воде, происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. В результате окисления железа образуется гидроокись железа Fe(OH)₃, которая в результате образования и коагуляции является мощным сорбентом, в результате из воды дополнительно удаляются ионы тяжелых металлов, органические вещества, микробы. Образовавшаяся водно-газовая смесь поступает в распределительное устройство 6, проходя которое, водно-газовый поток распределяется по всему объему устройства. В объеме воды происходит доокисление примесей, коагуляция окисленных веществ и аэрация воды. Отработанная озоно-воздушная смесь через патрубок 11 направляется на деструктор остаточного озона или на первичное озонирование исходной воды. Далее, через патрубок 10 вода поступает на последующие этапы очистки и после осветления поступает потребителю. Качество очистки воды регулируется количеством подаваемого воздуха, частотой следования высоковольтных импульсов от источника питания и количеством воды, поступающим на очистку.The described device operates as follows. Source water through the pipe 9 and the collector 8 is fed into the housing 1 of the device. Due to the supply of water through the annular gap 12 formed by the grounded electrode 5 and the bushing 3, a vacuum is generated in the area of the high-voltage electrode 2, due to which atmospheric air is sucked into the device through the hollow current lead 4. When a high pulse voltage is applied to the electrodes from a power source, between the high-voltage electrode 2 and the surface of the water, which moves in an annular flow inside the grounded electrode 5, electrical discharges form in the air gap. Electric discharges are formed over the entire surface of the working part of the high-voltage electrode 2. Under the influence of electric discharges from the oxygen of the air, atomic oxygen, ozone, excited oxygen molecules, electrons and ions are formed, OH ^- radicals, various peroxides and nitrous are formed at the water boundary and in its volume hydrogen, and ultraviolet radiation is formed in the zone of electric discharges. In the zone located below the high-voltage electrode, the ozone-air mixture is mixed with water. All active discharge products interact with impurities in the water, oxidation of iron, manganese, hydrogen sulfide, organic impurities, discoloration and disinfection of water. As a result of iron oxidation, iron hydroxide Fe (OH) _{3 is formed} , which, as a result of formation and coagulation, is a powerful sorbent; as a result, heavy metal ions, organic substances, and microbes are additionally removed from water. The resulting water-gas mixture enters the distribution device 6, passing through which the water-gas stream is distributed throughout the volume of the device. In the volume of water there is an additional oxidation of impurities, coagulation of oxidized substances and aeration of water. The spent ozone-air mixture through the pipe 11 is sent to the residual ozone destructor or to the primary ozonation of the source water. Further, through the pipe 10, water enters the subsequent stages of purification and after clarification enters the consumer. The quality of water treatment is regulated by the amount of air supplied, the frequency of high-voltage pulses from the power source and the amount of water supplied to the treatment.

При испытании заявляемого устройства были получены следующие результаты: удельные энергозатраты на очистку и обеззараживание воды до ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" в заявляемом устройстве составили - 0,05 кВт•ч/м³.When testing the inventive device, the following results were obtained: specific energy consumption for cleaning and disinfecting water to GOST 2874-82 "Drinking water" in the inventive device amounted to 0.05 kW • h / m ³ .

Claims

A device for purifying water using high-voltage electric discharges, comprising a housing and electrodes located in it, characterized in that it further comprises nozzles for supplying and discharging water, a nozzle for supplying oxygen-containing gas and a nozzle for discharging spent ozone-containing gas, wherein the high-voltage electrode is made in the form of a bulk multi-tip electrode in the form of a ruff, and the grounded electrode is made in the form of a cylinder, and the bushing of the high-voltage electrode forms a ring a gap with a grounded electrode through which water enters the device, a water supply pipe is located in the zone of the grounded electrode and the bushing, the oxygen supply gas pipe is connected to the hollow current lead of the high voltage electrode, and the grounded electrode is connected to the distribution system.