RU216118U1

RU216118U1 - Ozone device

Info

Publication number: RU216118U1
Application number: RU2021138919U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Червяков; Андрей Николаевич Федоренко; Андрей Юрьевич Тимофеев; Олег Николаевич Саванюк; Валентин Бабкенович Акопян; Эка Рамазиевна Двалишвили
Original assignee: Акционерное Общество Московский Пиво Безалкогольный Комбинат "Очаково"
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2023-01-17

Abstract

Полезная модель относится к технике озонирования жидких сред, в частности кондиционирования воды и водных растворов искусственного и естественного происхождения озонированием, например, в системах водообеспечения производств продуктов питания, в том числе безалкогольных и малоалкогольных напитков, для обеспечения населения питьевой водой, для предотвращения микробной контаминации и цветения воды бассейнов. Устройство выполнено в виде заполненной водой рабочей емкости с подводом очищаемой воды через патрубок. В патрубок под углом врезан гидроакустический инжектор для ввода озона. Над поверхностью воды установлен заборник паров воды и воздуха с остаточным озоном, подсоединенный к насосу, соединенному с линией, направляющей откачиваемую смесь газов обратно в рабочую емкость через гидроакустический инжектор. Обработанная, озонированная вода поступает потребителю через выходной патрубок, перед которым установлена заслонка, предотвращающая попадание излишков озона в готовый продукт. Технический результат: интенсификация растворения озона в воде, ведущая к минимизации непрореагировавшего, остаточного озона и, как следствие, его влияния на органолептические свойства конечного продукта. 1 ил.

The utility model relates to the technique of ozonizing liquid media, in particular the conditioning of water and aqueous solutions of artificial and natural origin by ozonation, for example, in water supply systems for food production, including non-alcoholic and low-alcohol drinks, to provide the population with drinking water, to prevent microbial contamination and blooming water pools. The device is made in the form of a working tank filled with water with the supply of purified water through the branch pipe. A hydroacoustic injector for introducing ozone is cut into the pipe at an angle. Above the water surface, there is an intake of water vapor and air with residual ozone, connected to a pump connected to a line directing the pumped gas mixture back to the working tank through a hydroacoustic injector. The treated, ozonized water enters the consumer through the outlet pipe, in front of which a damper is installed to prevent excess ozone from entering the finished product. EFFECT: intensification of ozone dissolution in water, leading to minimization of unreacted residual ozone and, as a result, its influence on the organoleptic properties of the final product. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к технике озонирования жидких сред, в частности кондиционирования воды и водных растворов искусственного и естественного (минеральные воды) озонированием, например, в системах водообеспечения производств продуктов питания, в том числе безалкогольных и малоалкогольных напитков, для обеспечения населения питьевой водой, для предотвращения микробной контаминации и цветения воды бассейнов.The utility model relates to the technique of ozonizing liquid media, in particular the conditioning of water and aqueous solutions of artificial and natural (mineral water) ozonation, for example, in water supply systems for food production, including non-alcoholic and low-alcohol drinks, to provide the population with drinking water, to prevent microbial contamination and blooming of pool water.

Цель достигается функционированием конструкции заявляемого устройства озонирования воды и водных растворов, представляющего собой рабочую емкость, с подводом очищаемой воды через патрубок, в который под углом врезан гидроакустический инжектор для ввода озона, причем, емкость заполняется водой до уровня, над которым установлен заборник паров воды и воздуха с остаточным озоном, подсоединенный к насосу, подающему откачиваемую над поверхностью воды смесь газов обратно в рабочую емкость через гидроакустический инжектор, при этом обработанная, озонированная вода поступает потребителю через выходной патрубок, перед которым установлена заслонка, снижающая вероятность попадания в готовый продукт излишков озона.The goal is achieved by the functioning of the design of the proposed device for ozonation of water and aqueous solutions, which is a working container, with the supply of water to be purified through a pipe into which a hydroacoustic injector for introducing ozone is cut at an angle, moreover, the container is filled with water to the level above which the water vapor intake is installed and air with residual ozone, connected to a pump that supplies the mixture of gases pumped out above the water surface back to the working tank through a hydroacoustic injector, while the treated, ozonized water enters the consumer through the outlet pipe, in front of which a damper is installed, which reduces the likelihood of excess ozone getting into the finished product.

Техническим результатом применения устройства является интенсификация растворения озона в воде, ведущая к минимизации непрореагировавшего, остаточного озона и, как следствие, его влияния на органолептические свойства конечного продукта.The technical result of using the device is the intensification of the dissolution of ozone in water, leading to the minimization of unreacted residual ozone and, as a consequence, its effect on the organoleptic properties of the final product.

Свойства озона как эффективного окислителя органических веществ и дезинфектанта хорошо известны и успешно используются для обеззараживания воды на водозаборных станциях водоканалов, для предупреждения биообрастаний рабочих поверхностей в градирнях, для кондиционирования воды в бассейнах.The properties of ozone as an effective oxidizer of organic substances and a disinfectant are well known and are successfully used for water disinfection at water intake stations of water utilities, to prevent biofouling of working surfaces in cooling towers, and for water conditioning in swimming pools.

Технология кондиционирования воды с использованием озона находит широкое применение, поскольку обладая выраженными окислительными свойствами этот газ, действуя практически в течение нескольких секунд, уничтожает бактерии, их споры, грибки, цисты простейших, одноклеточные водоросли, а также вирусы, не изменяет при этом кислотности воды, не придает воде неприятных вкусов и запахов, не удаляет из нее ценные для жизнеобеспечения человека вещества, а неиспользованные остатки озона превращаются естественным образом в кислород. Однако, являясь мощным окислителем, озон относится к высокому классу опасности, поэтому должен быть максимально осторожно использован в процессе кондиционирования воды и водных растворов, и при этом его количество должно быть достаточным для достижения требуемого эффекта (Лунин В.В., Самойлович В.Г., Ткаченко С.Н., Ткаченко И.С. Теория и практика получения и применения озона М.: Изд-во Московского университета 2016, 432 С, US 7115203).The technology of water conditioning using ozone is widely used, because, having pronounced oxidizing properties, this gas, acting for almost several seconds, destroys bacteria, their spores, fungi, protozoan cysts, unicellular algae, and viruses, while not changing the acidity of water, does not add unpleasant tastes and odors to water, does not remove substances valuable for human life support from it, and unused ozone residues naturally turn into oxygen. However, being a powerful oxidizing agent, ozone belongs to a high hazard class, therefore, it should be used as carefully as possible in the process of conditioning water and aqueous solutions, and at the same time, its amount should be sufficient to achieve the desired effect (Lunin V.V., Samoylovich V.G. ., Tkachenko S.N., Tkachenko I.S. Theory and practice of obtaining and using ozone M.: Publishing House of Moscow University 2016, 432 C, US 7115203).

Известно множество устройств, обеспечивающих различные технологические приемы озонирования и обеззараживания воды.There are many devices that provide various technological methods of ozonation and disinfection of water.

Известны многосекционные каскадные озонаторы с применение барботирования озона, не обеспечивающие, однако эффективного взаимодействия с растворенными или суспендированными в жидкой среде составляющими, поскольку при реализации указанной технологии, газ продавливается сквозь слой жидкости, через отверстия 3-6 мм, что хоть и увеличивает межфазную поверхность на границе жидкость - газ, но не обеспечивает полного химического взаимодействию газов с присутствующими в воде частицами и растворенными веществами (Патент РФ 2104966). Известна установка для озонирования, где вместо барботера используется вихревая трубка, однако эта замена не обеспечивает высокой эффективности озонирования, и предлагается для использования в системах кондиционирования вод бассейнов (Патент РФ 2072328).Multi-section cascade ozonators are known with the use of ozone bubbling, which, however, do not provide effective interaction with components dissolved or suspended in a liquid medium, since when implementing this technology, the gas is forced through the liquid layer, through holes of 3-6 mm, which, although it increases the interfacial surface by liquid-gas boundary, but does not provide complete chemical interaction of gases with particles and dissolved substances present in water (RF Patent 2104966). Known installation for ozonation, where a vortex tube is used instead of a bubbler, however, this replacement does not provide high ozonation efficiency, and is proposed for use in pool water conditioning systems (RF Patent 2072328).

Известна установка для озонирования воды, содержащая многосекционные резервуары, либо одиночную реакционную емкость, выполненную в виде герметичного контактного бассейна, в нижней части которого расположен, по меньшей мере, один диспергатор, выполненный в виде пористой пластины с размерами пор 10-150 мкм или пластины с каналами в форме усеченного конуса, диаметр которых на входе и выходе озона составляет 180-200 мкм и 100-150 мкм соответственно, а также содержит систему обработки избыточного озона, выполненную в виде, по меньшей мере, одного блока форсунок, соединенных с источником распыляемой воды и размещенных над водной поверхностью, однако используемые диспергаторы требуют высокого расхода энергии на продавливание достаточного количества газа сквозь пористые пластинки, работу форсунок, распыляющих воду над ее поверхностью, и не обладают достаточной эффективностью для быстрого элиминирования остаточного озона (Патенты РФ 2169122, 2509732, 2505487, 2495832, 2498944, US 3732163).Known installation for ozonation of water containing multi-section tanks, or a single reaction vessel, made in the form of a sealed contact pool, in the lower part of which is located at least one dispersant, made in the form of a porous plate with a pore size of 10-150 microns or a plate with channels in the form of a truncated cone, the diameter of which at the inlet and outlet of ozone is 180-200 microns and 100-150 microns, respectively, and also contains an excess ozone treatment system made in the form of at least one block of nozzles connected to a source of atomized water and placed above the water surface, however, the dispersants used require a high energy consumption to push a sufficient amount of gas through porous plates, the operation of nozzles spraying water over its surface, and are not efficient enough to quickly eliminate residual ozone (RF Patents 2169122, 2509732, 2505487, 2495832, 2498944, US 3732163).

Известно устройство для озонирования, включающее контактный резервуар с напорным отсеком с системой подачи воды, сливным отсеком с системой слива воды потребителю, а также системой подачи озоно-газовой смеси, с системой ее отведения и деструкции остаточного озона, газодиспергирующими элементами, установленными в нижней части контактного резервуара и снабженные узлами закрутки водного потока в виде центробежных форсунок, входы которых сообщены с системой подачи воды, обеспечивающей необходимый перепад давления воды на форсунках, а выходные сопла в виде круговой щели размещены над перфорированной поверхностью газодиспергирующих элементов и параллельны ей. Сопла форсунок обеспечивают смыв плоской струей воды зарождающиеся пузырьки озоно-газовой смеси уменьшенного размера и повышение степени поглощения озона водой. Системы подачи необработанной воды в сливной отсек выполнены в виде установленных вверху контактного резервуара, под уровень горизонта воды, параллельно друг другу заглушенных с одного торца перфорированных труб, открытые торцы которых сообщены либо с напорным, либо со сливным отсеком, а у дна ниже диспергирующих элементов, в виде поперечной перфорированной перегородки, полость под которой сообщена либо с напорным, либо со сливным отсеком, входы центробежных форсунок сообщены с трубами, через открытые торцы которых вода поступает из напорного отсека. При этом газодиспергирующие элементы выполнены обычной дисковой формы и равномерно размещены по поперечному сечению контактного резервуара с образованием проходов для пропуска воды и обслуживания (Патент РФ 2516497). Предлагаемые установки сложны по конструкции и в эксплуатации, поскольку требуют строго согласованного функционирования ряда элементов.A device for ozonation is known, including a contact tank with a pressure compartment with a water supply system, a drain compartment with a system for draining water to the consumer, as well as a supply system for the ozone-gas mixture, with a system for its removal and destruction of residual ozone, gas-dispersing elements installed in the lower part of the contact tank and equipped with water flow swirling units in the form of centrifugal nozzles, the inlets of which are connected to the water supply system, providing the necessary water pressure drop across the nozzles, and the outlet nozzles in the form of a circular slot are placed above the perforated surface of the gas-dispersing elements and parallel to it. Nozzles of nozzles provide flushing with a flat jet of water of the emerging bubbles of the ozone-gas mixture of reduced size and increase the degree of absorption of ozone by water. The systems for supplying raw water to the drain compartment are made in the form of a contact tank installed at the top, under the level of the water horizon, parallel to each other plugged from one end of perforated pipes, the open ends of which are in communication with either the pressure or drain compartment, and at the bottom below the dispersing elements, in the form of a transverse perforated partition, the cavity under which is in communication with either the pressure head or the drain compartment, the inlets of the centrifugal nozzles are in communication with pipes, through the open ends of which water flows from the pressure compartment. At the same time, the gas dispersing elements are made of a conventional disk shape and are evenly spaced over the cross section of the contact reservoir to form passages for water passage and maintenance (RF Patent 2516497). The proposed installations are complex in design and operation, since they require strictly coordinated functioning of a number of elements.

Комбинированные способы очистки воды с применением озона позволяют снизить рабочую концентрацию этого газа, относящемуся к самому высокому, первому классу опасности (ГОСТ 12.1.007-76). Очистку озоном комбинируют, например, с последующим пропусканием водопроводной воды через слой сорбента, в качестве которого используют активированный уголь (Патенты RU 2226512, RU 95118365), другие способы фильтрования (Патент ЕР 2022761), симультанным воздействием озона и ультрафиолетового излучения (Патент РФ 2636076), озона и ультразвука (Патенты US 7384563 B2, CN 102674528).Combined methods of water purification using ozone can reduce the working concentration of this gas, which belongs to the highest, first hazard class (GOST 12.1.007-76). Ozone purification is combined, for example, with the subsequent passage of tap water through a layer of sorbent, which is activated carbon (Patents RU 2226512, RU 95118365), other filtering methods (Patent EP 2022761), simultaneous exposure to ozone and ultraviolet radiation (RF Patent 2636076) , ozone and ultrasound (Patents US 7384563 B2, CN 102674528).

Для очистки воды весьма эффективно комбинирование озонирования и акустического воздействия. Введение в зону обработки упругих колебаний достаточной мощности с ультразвуковой частотой позволяет получить уровни обеззараживания, достижение которых относительно низкими концентрациями дорогостоящего озона невозможно. В основе всех ультразвуковых технологий лежат эффекты взаимодействия ультразвука со средой. Мощный ультразвук, в зависимости от его параметров и условий воздействия, вызывает в жидких средах ряд специфических эффектов - кавитацию, интенсивные микро - и макропотоки, приводящие к быстрому и качественному перемешиванию компонентов среды, интенсифицируют химические и биохимические процессы (Василяк Л.М., Применение ультразвука в системах обеззараживания воды. Электронная обработка материалов, 2010, №5, С.106-111). Следует, однако, отметить, что дезинфекция воды одной лишь моночастотной ультразвуковой обработкой практически невозможна, поскольку уровень обсемененности жидкой среды в ультразвуковом поле снижается экспоненциально, и для ее стерилизации требуется бесконечное время (Акопян В.Б., Ершов Ю.А., Щукин С.И. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М.: Из-во Юрайт, 2020, 223 С).For water purification, a combination of ozonation and acoustic exposure is very effective. The introduction of elastic oscillations of sufficient power with ultrasonic frequency into the treatment zone makes it possible to obtain disinfection levels that are impossible to achieve with relatively low concentrations of expensive ozone. All ultrasonic technologies are based on the effects of the interaction of ultrasound with the medium. Powerful ultrasound, depending on its parameters and exposure conditions, causes a number of specific effects in liquid media - cavitation, intense micro- and macro-flows, leading to rapid and high-quality mixing of the components of the medium, intensify chemical and biochemical processes (Vasilyak L.M., Application ultrasound in water disinfection systems, Elektronnaya obrabotka materialov, 2010, No. 5, pp. 106-111). However, it should be noted that disinfection of water by monofrequency ultrasonic treatment alone is practically impossible, since the level of contamination of the liquid medium in the ultrasonic field decreases exponentially, and its sterilization requires an infinite time (Akopyan V.B., Ershov Yu.A., Shchukin S. I. Fundamentals of the Interaction of Ultrasound with Biological Objects, Moscow: Iz-vo Yurait, 2020, 223 C).

Кроме того, применение мощного ультразвука, обеспечивающего интенсивную кавитацию в жидких средах, требует применения специальных генераторов - источников электрических сигналов ультразвуковой частоты и преобразователей этих сигналов в акустические волны в среде.In addition, the use of powerful ultrasound, which provides intense cavitation in liquid media, requires the use of special generators - sources of electrical signals of ultrasonic frequency and converters of these signals into acoustic waves in the medium.

Для комбинированной обработки жидких сред, в частности для кондиционирования воды, для смешивания жидких сред положительно зарекомендовали себя гидроакустические преобразователи, обеспечивающие генерацию в жидкой среде акустических колебаний широкого диапазона частот и достаточной мощности для преодоления порога кавитации, при которой ударные волны и микропотоки с высокими градиентами скоростей, минимизирующие диффузионные ограничения ускоряют химические реакции взаимодействия компонентов смешиваемых субстанций, в частности, жидкостей и жидкостей с газами (Патенты SU 1034790, РФ 2006286, РФ 2075201, РФ 2008272, РФ 2158174, РФ 2165891, РФ 2651197, РФ 2626355, РФ 2631594, РФ 185587).For the combined treatment of liquid media, in particular for water conditioning, for mixing liquid media, hydroacoustic transducers have proven themselves positively, providing the generation of acoustic oscillations in a liquid medium of a wide frequency range and sufficient power to overcome the cavitation threshold, at which shock waves and microflows with high velocity gradients , minimizing diffusion restrictions accelerate chemical reactions of interaction of components of mixed substances, in particular, liquids and liquids with gases 185587).

Заявляемое устройство озонирования воды представляет собой рабочую емкость 1, с подводом очищаемой воды 2, в который врезан гидроакустический инжектор для ввода озона 3, емкость заполнена водой до уровня 4, над которым установлен заборник паров воды и воздуха с остаточным озоном 5, подсоединенный к насосу 6, подающий откачиваемую над поверхностью воды смесь газов обратно в рабочую емкость через гидроакустический инжектор 7, содержит также выходной патрубок 8, для выведения обработанной, озонированной воды потребителю, и заслонку 9 перед патрубком, снижающую вероятность попадания излишков озона в готовый продукт.The inventive water ozonation device is a working tank 1, with a supply of treated water 2, into which a hydroacoustic injector for introducing ozone 3 is embedded, the tank is filled with water to level 4, above which there is an intake of water vapor and air with residual ozone 5 connected to a pump 6 , supplying the gas mixture pumped out above the water surface back to the working tank through the hydroacoustic injector 7, also contains an outlet pipe 8 for removing treated, ozonized water to the consumer, and a damper 9 in front of the pipe, which reduces the likelihood of excess ozone getting into the finished product.

Все функции заявляемого устройства - поддержание уровня воды в рабочем объеме, скорость подачи воды и озона, степень озонирования и т.д., могут быть автоматизированы с использованием известных современных методов автоматики и управления, обеспечивающих реализацию заданных функций.All functions of the proposed device - maintaining the water level in the working volume, the rate of water and ozone supply, the degree of ozonation, etc., can be automated using well-known modern methods of automation and control that ensure the implementation of the specified functions.

Заявляемое устройство озонирования воды функционирует следующим способом:The inventive water ozonation device operates in the following way:

программируют блок управления (на рис. не указан) задающий режим работы (граничные условия содержания растворенного озона и его концентрация в смеси газов над поверхностью воды в рабочем объеме, содержание озона в готовом продукте - озонированной воде и др.), наилучшим образом отвечающие требованиям производства;the control unit (not shown in the figure) is programmed to set the operating mode (boundary conditions for the content of dissolved ozone and its concentration in the gas mixture above the water surface in the working volume, the ozone content in the finished product - ozonized water, etc.), which best meets the requirements of production ;

рабочую емкость 1 заполняют до уровня 4 водой, подлежащей озонированию через ввод 2, при включенном инжекторе 3 распыляющем в поток воды контролируемое количество газообразного озона,the working tank 1 is filled up to level 4 with water to be ozonated through the inlet 2, with the injector 3 turned on, spraying a controlled amount of gaseous ozone into the water flow,

после заполнения рабочей емкости, смесь водяных паров, воздуха и остаточного озона, через заборник 5 насосом 6 откачивается и направляется обратно в рабочую емкость через гидроакустический инжектор 7;after filling the working tank, the mixture of water vapor, air and residual ozone is pumped out through the intake 5 by the pump 6 and sent back to the working tank through the hydroacoustic injector 7;

озонированную воду отбирают из рабочей емкости через выходной патрубок 8, перед которым установлена заслонка 9, снижающая вероятность попадания в готовый продукт излишков озона в виде газовых пузырьков.ozonized water is taken from the working tank through the outlet pipe 8, in front of which a damper 9 is installed, which reduces the likelihood of excess ozone in the form of gas bubbles entering the finished product.

Применение заявляемого устройства позволяет в условиях единичного рабочего объема получать озонированную воду для производственных и других целей без потерь озона и без его пересыщения в конечном продукте.The use of the proposed device allows, under the conditions of a single working volume, to obtain ozonized water for industrial and other purposes without loss of ozone and without its supersaturation in the final product.

Заявленная полезная модель создает необходимое разнообразие, обеспечивающее дополнительные возможности выбора устройства озонирования воды и водных растворов искусственного и естественного (минеральные воды) происхождения для оптимального решения производственных задач, связанных с водопользованием.The claimed utility model creates the necessary variety, providing additional options for choosing a device for ozonizing water and aqueous solutions of artificial and natural (mineral water) origin for the optimal solution of production problems related to water use.

Claims

Device for ozonizing water and aqueous solutions, made in the form of a working tank filled with water with the supply of purified water through a branch pipe into which a hydroacoustic injector for introducing ozone is cut at an angle, containing an intake of water vapor and air with residual ozone installed above the surface of the water in the tank, a pump , connected to the intake and connected to the line directing the evacuated mixture of gases back to the working tank through a hydroacoustic injector, an outlet pipe for discharging treated, ozonized water to the consumer, characterized in that a damper is installed in front of the outlet pipe, designed to prevent excess ozone from entering the treated water.