RU2165891C1

RU2165891C1 - Method of cleaning water

Info

Publication number: RU2165891C1
Application number: RU2000122939A
Authority: RU
Inventors: Р.Г. Саруханов; В.В. Пучков; В.С. Шибуня; А.Н. Луков; Н.П. Макаров
Original assignee: Саруханов Рубен Григорьевич; Пучков Владимир Васильевич; Шибуня Виктор Степанович; Луков Александр Николаевич; Макаров Николай Павлович
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: water treatment methods. SUBSTANCE: method of cleaning drinking and waste water in open basins and pipe lines includes delivery of coagulant and/or oxidizing reagent to water to be cleaned at excitation of acoustic vibrations in liquid being treated and simultaneous formation of vacuum zone due to passage of water through hydroacoustic radiator. EFFECT: reduced consumption of reagents required for treatment of water; enhanced efficiency and mortality rate of microorganisms. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области водоочистки, в частности к процессам коагуляции, насыщения жидкими и газообразными компонентами и обеззараживания питьевой и сточной воды в трубопроводах и бассейнах очистки питьевой и сточной воды. The invention relates to the field of water purification, in particular to the processes of coagulation, saturation with liquid and gaseous components and disinfection of drinking and waste water in pipelines and pools for treating drinking and waste water.

Известна технология очистки питьевой и сточной воды в трубопроводах и бассейнах различными способами, в том числе очистка воды коагулянтами от взвешенных и органических веществ; обеззараживание воды хлорной водой, газообразным хлором, озоновоздушной смесью; насыщение воды жидкими и газообразными компонентами (например, марганцевание, иодирование, фторирование и др.), Л.А.Кульский. "Теоретические основы и технология кондиционирования воды". Киев, 1983. The known technology for the purification of drinking and waste water in pipelines and pools in various ways, including the purification of water by coagulants from suspended and organic substances; disinfection of water with chlorine water, gaseous chlorine, ozone-air mixture; saturation of water with liquid and gaseous components (for example, manganese, iodination, fluorination, etc.), L.A. Kulsky. "Theoretical foundations and technology of water conditioning." Kiev, 1983.

Обычно в упомянутых процессах подача жидких и газообразных реагентов в очищаемую воду осуществляют путем инжекции. Основной недостаток такой подачи заключается в низкой эффективности использования реагента. Инжектор выполняет только роль транспорта реагента, не обеспечивает диспергирование и равномерное распределение реагента по всему объему очищаемой воды. Неравномерное распределение реагента в очищаемой воде приводит к снижению поверхности контакта фаз и, как следствие, к снижению эффективности воздействия реагента на процесс очистки воды. В частности, часть жидких реагентов оседает на дно бассейна не полностью прореагировав, а часть газообразных реагентов в виде пузырьков всплывает на поверхность и попадает в окружающую среду ухудшая тем самым, к тому же, экологические показатели процесса. Typically, in the processes mentioned, the supply of liquid and gaseous reactants to the water to be purified is carried out by injection. The main disadvantage of such a feed is the low efficiency of the use of the reagent. The injector performs only the role of reagent transport; it does not provide dispersion and uniform distribution of the reagent throughout the entire volume of treated water. Uneven distribution of the reagent in the treated water leads to a decrease in the contact surface of the phases and, as a consequence, to a decrease in the effectiveness of the effect of the reagent on the water treatment process. In particular, part of the liquid reagents settles to the bottom of the pool without completely reacting, and part of the gaseous reagents in the form of bubbles floats to the surface and enters the environment, thereby deteriorating, in addition, the environmental performance of the process.

Известен, например, способ очистки воды, включающий ее хлорирование и введение коагулянта (см., например, RU 2098359, C 02 F 1/72, 1997). Известный способ обладает описанными выше недостатками. Для устранения таких недостатков предложен, например, способ смешивания и обработки жидкофазных систем с помощью гидроакустических излучателей (SU 1567258, В 01 F 11/02, 1987). Known, for example, is a method of purifying water, including its chlorination and the introduction of a coagulant (see, for example, RU 2098359, C 02 F 1/72, 1997). The known method has the above disadvantages. To eliminate such disadvantages, for example, a method for mixing and processing liquid-phase systems using sonar emitters (SU 1567258, 01 F 11/02, 1987) is proposed.

Для обеззараживания воды известна система, содержащая дозирующую установку, напорный и реагентный коллекторы и гидроакустические излучатели, жестко установленные в трубопроводе и ориентированные таким образом, что оси выходных каналов параллельны оси трубопровода, а поток очищаемой воды оказывается попутным потоку, выходящему из гидроакустических излучателей (RU 2125973, C 02 F 1/72, 1999). Недостатком описанной системы являются низкая эффективность смешения реагентов с потоком воды, т.к. акустический поток оказывается попутным потоку очищаемой воды, а также невозможность быстрой смены излучателей в случае их выхода из строя из-за жесткости крепления и неразборности установки. Кроме того, данная система не предусматривает подачу коагулянта, что снижает общую степень очистки воды. A system is known for disinfecting water, which comprises a dosing unit, pressure and reagent manifolds and hydroacoustic emitters, rigidly mounted in the pipeline and oriented in such a way that the axis of the output channels are parallel to the axis of the pipeline, and the flow of purified water is associated with the flow exiting the hydroacoustic emitters (RU 2125973 C 02 F 1/72, 1999). The disadvantage of the described system is the low efficiency of mixing the reagents with the flow of water, because the acoustic flow turns out to be a concurrent flow of the treated water, as well as the impossibility of a quick change of emitters in the event of their failure due to the rigidity of fastening and inseparability of the installation. In addition, this system does not provide for the supply of coagulant, which reduces the overall degree of water purification.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки воды, включающий ее обработку окислителем и коагулянтом с одновременной интенсификацией процесса очистки с помощью акустического воздействия (Л.А.Кульский. "Теоретические основы и технология кондиционирования воды", Киев, 1983, с. 322, 323). Однако в данном источнике информации не описаны система подачи реагентов и установка источника акустических колебаний, обеспечивающая эффективное перемешивание и, как следствие, минимальный расход реагентов при высокой степени очистки. The closest in technical essence and the achieved result is a method of water purification, including its treatment with an oxidizing agent and a coagulant with simultaneous intensification of the purification process using acoustic exposure (L. A. Kulsky. "Theoretical Foundations and Technology of Water Conditioning," Kiev, 1983, p. 322, 323). However, this source of information does not describe the reagent supply system and the installation of the source of acoustic vibrations, which provides effective mixing and, as a result, the minimum consumption of reagents with a high degree of purification.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки воды с помощью окислителя и/или коагулянта под воздействием акустических колебаний, позволяющего в несколько раз снизить дозы реагентов и обеспечить высокую степень очистки воды, включая ее обеззараживание. The objective of the present invention is to develop a method of water purification using an oxidizing agent and / or coagulant under the influence of acoustic vibrations, which allows several times to reduce the dose of reagents and to provide a high degree of water purification, including its disinfection.

Поставленная задача решается описываемым способом очистки воды, включающим обработку окисляющим реагентом и/или коагулянтом под воздействием акустических колебаний, при этом подачу окисляющего реагента и/или коагулянта осуществляют через резонаторные камеры гидроакустических излучателей за счет разрежения, создаваемого потоком очищаемой воды, проходящим через упомянутые излучатели, ориентированные таким образом, чтобы акустический поток, создаваемый излучателями, был направлен навстречу потоку очищаемой воды, а оси выходных сопел излучателей расположены под углом не менее 7 градусов от направления очищаемого потока и от перпендикуляра к направлению очищаемого потока. Процесс очистки ведут при пороговом значении звукового давления. Предпочтительно, чтобы оси выходных сопел излучателей располагались под углом 7 - 15 градусов от направления потока очищаемой воды, при этом оси излучателей, находящихся на одной вертикали, направлены навстречу друг другу. The problem is solved by the described method of water purification, including treatment with an oxidizing reagent and / or coagulant under the influence of acoustic vibrations, while the supply of an oxidizing reagent and / or coagulant is carried out through the resonator chambers of hydroacoustic emitters due to the rarefaction created by the stream of purified water passing through the said emitters, oriented so that the acoustic flux generated by the emitters is directed towards the flow of purified water, and the axis of the outlet emitters disposed at an angle of not less than 7 degrees from the direction of flow and cleaned from the perpendicular to the direction of flow to be cleansed. The cleaning process is carried out at a threshold value of sound pressure. It is preferable that the axes of the output nozzles of the emitters are located at an angle of 7-15 degrees from the direction of flow of the water to be purified, while the axes of the emitters located on the same vertical are directed towards each other.

Предпочтительно использование хлора или хлорной воды или озона в качестве окислителей и сернокислого алюминия в качестве коагулянта. Если процесс очистки проводят непосредственно в магистральном трубопроводе, то трубы для подачи реагентов и воды снабжены уплотнением "Вильсона" с одной стороны и гибкими шлангами для соединения с излучателями с другой стороны. На фигуре 1 представлена возможная установка для осуществления заявленного способа, а на фигуре 2 - расположение гидроакустического излучателя в установке. Установка для осуществления способа может включать следующие элементы (см. фигуры 1, 2 ): 1 - труба для подачи воды под давлением на излучатели; 2 - манометр; 3 - вентиль; 4 - автоматическое запорное устройство; 5 - уплотнение "Вильсона"; 6 - камера-шлюз; 7 - трубопровод для подачи химреагента; 8 - задвижка; 9 - запорное устройство (диск задвижки); 10 - маховик задвижки; 11 - коллектор подачи реагентов; 12 - гибкие шланги; 13 - патрубок для горизонтального ввода химреагента; 14 - гидроакустические излучатели; 15 - магистральная труба (водовод). It is preferable to use chlorine or chlorine water or ozone as oxidizing agents and aluminum sulphate as a coagulant. If the cleaning process is carried out directly in the main pipeline, then the pipes for supplying reagents and water are equipped with a Wilson seal on one side and flexible hoses for connecting to emitters on the other hand. Figure 1 presents a possible installation for implementing the inventive method, and figure 2 shows the location of the sonar emitter in the installation. Installation for implementing the method may include the following elements (see figures 1, 2): 1 - pipe for supplying water under pressure to the emitters; 2 - pressure gauge; 3 - valve; 4 - automatic locking device; 5 - seal "Wilson"; 6 - camera-gateway; 7 - pipeline for supplying a chemical agent; 8 - valve; 9 - locking device (valve disk); 10 - a flywheel of a valve; 11 - collector feed reagents; 12 - flexible hoses; 13 - pipe for horizontal chemical input; 14 - sonar emitters; 15 - main pipe (conduit).

Представленная схема может быть использована для очистки питьевой или сточной воды в трубопроводах и бассейнах. Жидкие и газообразные реагенты, коагулянты и окислители затягиваются в резонаторные камеры гидроакустического излучателя за счет разрежения, создаваемого потоком очищаемой воды, проходящим через излучатель. Реагент, попадая в акустическое поле, создаваемое излучателем, диспергируется на мельчайшие частички, что приводит к значительному увеличению поверхности контакта фаз и, как следствие, к более эффективному использования реагента по назначению. Наличие в акустическом поле градиента скоростей и знакопеременного давления способствует равномерному распределению продиспергированного реагента по всему объему очищаемой воды и устранению застойных зон в аппаратах очистки воды. Практическая реализация предлагаемого способа приводит к повышению эффективности использования жидких и газообразных реагентов, улучшению экологических показателей процесса и повышению качества питьевой и сточной воды. The presented scheme can be used to purify drinking or waste water in pipelines and pools. Liquid and gaseous reagents, coagulants and oxidizing agents are drawn into the resonator chambers of the sonar emitter due to the rarefaction created by the stream of purified water passing through the emitter. When the reagent enters the acoustic field created by the emitter, it is dispersed into tiny particles, which leads to a significant increase in the contact surface of the phases and, as a result, to more efficient use of the reagent for its intended purpose. The presence of a velocity gradient and alternating pressure in the acoustic field promotes a uniform distribution of the dispersed reagent throughout the volume of water being purified and the elimination of stagnant zones in water treatment devices. Practical implementation of the proposed method leads to increased efficiency in the use of liquid and gaseous reagents, improved environmental performance of the process and improved quality of drinking and waste water.

Представленная на фигуре 1 установка работает следующим образом. Вода под давлением не менее 3 ати подается в трубопровод 1 на входное отверстие излучателей 14, которые находятся в магистральной трубе 15. На выходе излучателей возникают акустические колебания, при этом обработка очищаемой воды проводится при пороговом значении звукового давления, например, для питьевой воды, равном 1,2 Вт/см². При возбуждении акустических колебаний в резонаторных камерах излучателя возникает разрежение (вакуум), за счет которого затягивается химреагент через патрубки 13, которые расположены горизонтально оси ввода химреагента и соединены с коллектором 11 при помощи химически стойких гибких шлангов 12. В случае снижения давления воды в трубопроводе 1 предусмотрено автоматическое запорное устройство 4, предотвращающее попадание воды из магистрального трубопровода 15 в хранилище химреагента, например в хлораторную. Расположение гидроакустических излучателей 14 и их выходных сопел относительно оси потока очищаемой воды регулируется в зависимости от диаметра магистрального трубопровода и находится в пределах 7 - 15 градусов как по горизонтали, так и по вертикали. Если установка вмонтирована в магистральный трубопровод, то в случае необходимости ремонта деталей и узлов акустических излучателей не требуется остановка водовода 15. Для этих целей закрывается вентиль 3, тем самым прекращается подача химреагента и воды в излучатель 14. С помощью уплотнения "Вильсона" 5 поднимаем установку в камеру-шлюз 6. Задвижкой 8 отсекается камера-шлюз 6 от магистральной трубы 15, исключая опорожнение водовода. Затем снимаются крышки камеры-шлюза, вынимается установка и осуществляется необходимый ремонт. После выполнения ремонта установка возвращается в первоначальное положение.Presented in figure 1 installation works as follows. Water under a pressure of at least 3 atm is fed into the pipeline 1 to the inlet of the emitters 14, which are located in the main pipe 15. At the output of the emitters, acoustic vibrations occur, while the treated water is treated at a threshold sound pressure, for example, for drinking water, equal to 1.2 W / cm ² . When acoustic vibrations are excited, rarefaction (vacuum) occurs in the resonator chambers of the emitter, due to which the chemical is pulled through the nozzles 13, which are located horizontally to the chemical input axis and are connected to the collector 11 using chemically resistant flexible hoses 12. In the event of a decrease in water pressure in the pipeline 1 an automatic locking device 4 is provided to prevent water from the main pipeline 15 from entering the chemical storage, for example, to a chlorination one. The location of the hydroacoustic emitters 14 and their output nozzles relative to the axis of the flow of purified water is regulated depending on the diameter of the main pipeline and is within 7-15 degrees both horizontally and vertically. If the installation is mounted in the main pipeline, then if the repair of parts and components of the acoustic emitters is not necessary, stop the water conduit 15. For these purposes, the valve 3 closes, thereby stopping the supply of chemical reagent and water to the emitter 14. Using the Wilson seal 5, we lift the installation into the chamber-gateway 6. The shutter 8 cuts off the chamber-gateway 6 from the main pipe 15, excluding the emptying of the water conduit. Then the covers of the camera-gateway are removed, the installation is removed and the necessary repairs are carried out. After the repair is completed, the unit returns to its original position.

Результаты испытаний по заявленному способу очистки приведены в примерах 1, 2. The test results of the claimed cleaning method are shown in examples 1, 2.

Пример 1. Example 1

В качестве объекта для проведения процесса очистки питьевой воды был выбран действующий бассейн на водопроводной станции производительностью 50 тыс. м³ в сутки. Для очистки воды коагулянтом ( жидким сернокислым алюминием) способом прототипа требуется доза коагулянта 4 мг/л, предлагаемым способом - 2,5 мг/л. При этом качество воды по конкретному ингредиенту соответствовало требованиям ГОСТа, а расход сернокислого алюминия снижен более чем на 30%. Представленный результат получен при испытании в зимний период. В зависимости от сезона года снижение расхода сернокислого алюминия достигается в 30 - 50%.As an object for the drinking water treatment process, an operating pool was selected at the water station with a capacity of 50 thousand m ³ per day. To purify water with a coagulant (liquid aluminum sulfate) by the prototype method, a coagulant dose of 4 mg / L is required, the proposed method is 2.5 mg / L. At the same time, the water quality for a particular ingredient met the requirements of GOST, and the consumption of aluminum sulfate was reduced by more than 30%. The presented result was obtained during testing in the winter. Depending on the season, a reduction in the consumption of aluminum sulfate is achieved in 30 - 50%.

На том же объекте для обеззараживания воды газообразным хлором по способу прототипа требуется доза хлора 3 мг/л, предлагаемым способом - 1,2 мг/л. При этом общее микробное число (ОМЧ) и качество воды по конкретному ингредиенту соответствовали требованиям ГОСТа, а расход хлора снижен более чем на 50%. Представленный результат получен при испытаниях в осенний период. В зависимости от сезона года снижение расхода хлора достигается в пределах 30 - 60%. At the same facility for the disinfection of water with gaseous chlorine according to the method of the prototype, a dose of chlorine of 3 mg / l is required, the proposed method is 1.2 mg / l. At the same time, the total microbial number (TBC) and water quality for a particular ingredient met the requirements of GOST, and the consumption of chlorine was reduced by more than 50%. The presented result was obtained during tests in the autumn period. Depending on the season of the year, a decrease in chlorine consumption is achieved in the range of 30-60%.

Пример 2. Example 2

В качестве объекта для проведения очистки сточной воды был выбран действующий трубопровод станции аэрации городских сточных вод производительностью 200 тыс. м³ в сутки. Для обеззараживания воды хлорной водой способом прототипа требуется доза хлора 4 мг/л, предлагаемым способом - 2 мг/л, при этом качество очищенной воды соответствовало требованиям ГОСТа, а расход хлора снижен на 50%. В зависимости от степени загрязнения сточных вод было достигнуто снижение расхода хлора в пределах 30 - 60%.As an object for wastewater treatment, the existing pipeline of the urban wastewater aeration station with a capacity of 200 thousand m ³ per day was chosen. To disinfect water with chlorine water by the prototype method, a dose of chlorine of 4 mg / l is required, the proposed method requires a dose of 2 mg / l, while the quality of the purified water meets the requirements of GOST, and the chlorine consumption is reduced by 50%. Depending on the degree of pollution of wastewater, a reduction in the consumption of chlorine in the range of 30-60% was achieved.

Таким образом, использование предлагаемого способа очистки воды обеспечивает следующие преимущества:
1. Интенсифицирует процесс очистки питьевой и сточной воды в открытых бассейнах и трубопроводах при использовании жидких и газообразных химреагентов;
2. Снижает расход жидких реагентов на 30 - 50% в зависимости от сезона года и от степени загрязнения очищаемой воды;
3. Снижает расход газообразных реагентов на 30 - 60% в зависимости от степени загрязнения очищаемой воды;
4. Обеспечивает при минимальном расходе обеззараживающего реагента (например, хлора) соответствие ОМЧ ниже требованиям ГОСТа;
5. Улучшает экологические показатели процесса очистки воды;
6. Обеспечивает низкие энергетические затраты и удобство при эксплуатации и ремонте установки;
7. Обеспечивает очистку воды в неограниченном количестве.Thus, the use of the proposed method of water purification provides the following advantages:
1. Intensifies the process of purification of drinking and wastewater in open pools and pipelines using liquid and gaseous chemicals;
2. Reduces the consumption of liquid reagents by 30 - 50% depending on the season of the year and the degree of contamination of the treated water;
3. Reduces the consumption of gaseous reagents by 30-60%, depending on the degree of contamination of the treated water;
4. Provides with a minimum consumption of a disinfecting reagent (for example, chlorine) the compliance of the OMC is lower than the requirements of GOST;
5. Improves environmental performance of the water treatment process;
6. Provides low energy costs and convenience during operation and repair of the installation;
7. Provides purification of water in unlimited quantities.

Claims

1. The method of water purification, including its treatment with an oxidizing reagent and / or coagulant under the influence of acoustic vibrations, characterized in that the supply of the oxidizing reagent and / or coagulant is carried out through the resonator chambers of hydroacoustic emitters due to the vacuum created by the streams of purified water passing through the said emitters while the emitters are oriented so that the acoustic flux generated by the emitters is directed towards the flow of the purified water, and the axis of the output nozzles of the emitters lozheny an angle of not less than 7 ^o the direction of flow and cleaned from the perpendicular to the direction of flow to be cleansed, and purification are sound pressure thresholds.

2. The method according to claim 1, characterized in that the axis of the output nozzles of the emitters are located at an angle of 7 - 15 ^o from the direction of the cleaned stream, while the axis of the emitters located on the same vertical are directed towards each other.

3. The method according to any one of claims 1, 2, characterized in that chlorine, or chlorine water, or ozone are used as oxidizing agents, and aluminum sulfate solution is used as a coagulant.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when cleaning in the main pipeline, the pipes for supplying reagents and water are equipped with a Wilson seal on one side and flexible hoses for connecting to emitters on the other hand.