RU2304561C2 - Установка для очистки и обеззараживания воды - Google Patents

Abstract

Установка безреагентной подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения. Установка содержит гидроциклон (1), фильтр осветлительный (2), насос (3), гидродинамический импульсный генератор (4) роторного типа с электроприводом (5), кавитационный реактор-циклон (КРЦ) (6), два эжектора (7), проскоковый фильтр (8). Гидродинамический импульсный генератор (4) содержит горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два отверстия со вставленными в них разгонными форсунками. Цилиндрический корпус также содержит цилиндрический полый ротор с двумя диаметрально расположенными одинаковыми отверстиями. Причем отверстия разгонных форсунок и отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси. При входе воды в разгонные форсунки при среднем давлении 0,15 МПа давление на встречных импульсных струях достигается 3,2 МПа, что способствует уничтожению спор грибков и бактерий. После гидродинамического импульсного генератора обрабатываемая вода поступает в эжекторы (7), где интенсивно смешивается с кислородом воздуха или озоном, окисляется и поступает по тангенциальным патрубкам в КРЦ (6). КРЦ (6) содержит вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, внутри которого на одной оси расположены разгонный конус и совмещенный с ним разгонный цилиндр. Очищаемая вода, вращаясь вокруг разгонного цилиндра, поднимается вверх в коллектор отвода очищенной воды, далее в резервуар чистой воды и к потребителю. Твердые частицы отбрасываются от центра к периферии корпуса КРЦ и по сливной трубе удаляются в канализацию. Технический результат - повышение качества питьевой воды и экономичности при ее обработке. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к области безреагентной водоподготовки для питьевого и технического водоснабжения.

В связи с нарастающим дефицитом воды большое значение приобретает применение оборотных и последовательных систем водоснабжения, а также переход промышленности на технологические безреагентные процессы очистки воды, требующие меньшего расхода воды на обслуживание оборудования водоподготовки.

Повышенные требования потребителей к качеству воды вызывают необходимость разработки принципиально новых устройств и методов ее очистки.

Известно устройство для очистки и обеззараживания воды (Патент RU №2136602, МПК C02F 1/46, опубл. 10.09.1999), содержащее корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного газа. Высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод - в виде цилиндра. Проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, а подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора. Патрубок, подводящий газ, содержащий кислород, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, а заземленный электрод соединен с распределительной системой водоозоносодержащей смеси.

Очистка и обеззараживание воды осуществляется за счет окисления примесей, находящихся в воде, озоном, атомарным кислородом и т.п., образующимися при электрических разрядах в кислородосодержащем газе и воде.

Данное изобретение позволяет эффективно окислять примеси в воде, обеззараживать воду, снизить удельные энергозатраты.

Недостатком данного устройства является быстрый износ высоковольтного многоострийного электрода, выполненного в виде ерша, вынос материала электрода в очищаемую воду.

При работе устройства между высоковольтным и заземленным электродами при электрических разрядах происходит частичное разрушение острий высоковольтного электрода, что значительно понижает эффективность работы устройства, а при дальнейшей эксплуатации требует замены высоковольтного электрода.

Известны другие устройства (Патент RU №2136601, МПК C02F 1/46 и Патент RU №2136600, МПК C02F 1/49), в которых для обеззараживания воды применяется озон. Однако в силу того, что озон быстро разлагается в воде, перед подачей воды в водопроводную сеть ее хлорируют во избежание повторного развития бактерий (книга авторов Кульского Л.А., Булавы М.Н. и др. «Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов», Киев, 1972, с.198-202).

Известен способ обеззараживания жидкой среды (Патент RU №2142421, МПК C02F 1/32, опубл. 10.12.1999). Сущность изобретения состоит в облучении потока текучей среды излучением оптического диапазона в импульсном режиме. Причем каждый объем текучей среды облучают серией из не менее чем двух импульсов длительностью в интервале 10^-3-10^-5 с, с суммарной энергией в серии, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде 10^-3-10 Дж/см³ в диапазоне длин волн 0,2-4,5 мкм. Способ обеспечивает комплексность механизмов обеззараживания, основанных на действии мощного импульсного УФ-излучения, импульсного температурного термомеханического ударного и связанного с ним ультразвукового воздействия на среду.

В настоящее время нашли распространение установки типа ОВ-3Н, ОВ-ПК-РКС или ОВ-АКХ-1 (Л.А.Кульский, М.Н.Булава и др. «Проектирование и расчет очистных сооружений водопроводов», Киев, 1972, с.217-222) для обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами непогружного (лоткового) и погружного типов.

Достоинством этих установок является безреагентный метод обеззараживания воды, малые размеры. Однако наряду с достоинствами этих установок у них есть ряд недостатков, а именно:

1) узкий диапазон применения

- для бесцветных подземных вод с глубоких горизонтов;

- для родниковой, грунтовой подрусловой и инфильтрационной воды;

- для обработанной воды поверхностных источников.

2) применение хлора перед подачей воды в водопроводную сеть во избежание повторного развития бактерий.

Наиболее близким прототипом по совокупности заявленных признаков является установка для дезинфекции и очистки воды (Патент на изобретение №282486, Словакия http://web,viapt, sk/pminter/vipm.html).

Принципиальная гидравлическая схема установки для очистки воды «ORIONWD15» содержит: 1 - высоконапорный центробежный насос; 2 - подающий насос; 3 - фильтр предварительной очистки; 4 - бак исходной воды; 6 - кран шаровой; 7 - гидродинамический высокочастотный импульсный генератор; 8 - ультразвуковой концентратор; 9 - электромагнитный клапан; 10 - датчик температуры; 12 - датчик давления; 14 - калорифер; 15 - фильтр тонкой очистки; 16 - фильтр осветляющий; 17 - мембрана трековая; 19 - рубашка охлаждения; 21 - теплообменник пластинчатый; 22 - датчик присутствия жидкости в системе.

Суммарное потребление электроэнергии: центробежный насос - 7,5 кВт; подающий насос - 40 Вт; ультразвуковой концентратор - 2 кВт; калорифер - 300 Вт; блок управления - 20 Вт; общее количество потребляемой энергии - 9,86 кВт.

Достоинством данной установки является то, что в ней не применяются химические реагенты.

Описание недостатков существующих систем.

Ультрафиолетовые лампы низкого давления в основном справляются с задачей обеззараживания, но они малоэффективны при уничтожении спорообразующих бактерий, вирусов, грибков, водорослей и плесени. Максимальные дозы облучения воды УФ-источниками при приемлемых производительностях УФ-установок ниже уровней, необходимых для полного обеззараживания споровых форм. Эти дозы облучения для ряда спор и грибков составляют 100-300 МДж/см². Кроме того, существенное ограничение в применении этого типа обеззараживания воды вносит постоянная соляризация и биообрастание защитных кварцевых оболочек УФ-ламп.

В установке по патенту №282486 Словакии при комплексной обработке в воде возникают короткоживущие парогазовые «каверны» (процесс кавитации). Скорость их «схлопывания» очень высока, и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры - огромные температура и давление. Разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков происходят в местах неоднородности среды, а в качестве неоднородностей выступают сами споры грибков и бактерий, которые при кавитационном взрыве оказываются в центре схлопывания, играя при этом роль своеобразной мишени. В результате вблизи точки схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора.

Представление о том, что в установке по патенту №282486 Словакии при комплексной обработке в воде возникают короткоживущие парогазовые «каверны», и скорость их «схлопывания» очень высока, что в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры - огромные температуры и давления, и что при кавитационном взрыве споры бактерий и грибков, оказавшихся в центре схлопывания, уничтожаются, - это представление носит противоречивый характер. Есть предположение, что при схлопывании пузырьков в больших объемах происходят явления, объясняющие истину происхождения процессов термического характера, кумулятивного быстропротекающего процесса, порожденного взрывной кавитацией, происходит схлопывание пузырьков с образованием при этом ударной волны внутрь (в фокус) пузырька. При этом происходит процесс ударного столкновения частиц, находящихся в фокусе пузырька.

Кроме того, в кавитационном процессе, при обработке воды, существует и второй эффект взрывного кавитационного процесса.

При обработке воды находящиеся в воде примеси, например молекулы гидрооксида железа Fe(ОН)₃, Fe(OH)₂ и других, при кавитационном образовании микропузырьков оказываются на орбите (на сфере) пузырька и под действием огромных сил схлопывания устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, уничтожая при этом споры грибков и бактерий.

Кроме того, в силу быстротекущего кумулятивного процесса внутри пузырька возникают экстремальные параметры: температура Т~1070 К и давление Р~100 МПа.

Целью настоящего изобретения является повышение качества питьевой воды и экономичности при ее обработке.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для очистки и обеззараживания воды содержит гидроциклон, фильтр осветительный, насос, гидродинамический импульсный генератор роторного типа с электроприводом, кавитационный реактор-циклон, два эжектора, проскоковый фильтр, кроме того, кавитационный реактор-циклон содержит два клапана для сброса парогазовой смеси в атмосферу.

Гидродинамический импульсный генератор представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия, в которые вставлены разгонные форсунки, выходной срез которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью.

Кроме того, цилиндрический полый корпус содержит цилиндрический полый ротор, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия, причем выходные одинаковые отверстия разгонных форсунок и два одинаковых отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси.

Ротор снабжен подшипниковым узлом с манжетой для герметизации полости корпуса гидродинамического импульсного генератора при вращении ротора от электропривода.

Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с другими устройствами по очистке и обеззараживанию воды является то, что при прохождении обрабатываемой воды через разгонные форсунки в струях образуются микропузырьки, а при столкновении импульсных струй за счет вращения ротора с заданной угловой скоростью происходит катастрофическое их разрушение по всему объему гидродинамического импульсного генератора. При этом происходит схлопывание микропузырьков.

При схлопывании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи со скоростями порядка 200...1000 м/с и ударным местным давлением порядка 10³ МПа, которые воздействуют на примеси на расстояниях, соизмеримых с размером молекул (Гидродинамика больших скоростей: Межвузовский сборник. КрПИ; Отв. ред. В.А.Кулагин, Красноярск, 1989 г., с.27-32). Кроме того, при встречном столкновении импульсных струй с огромными скоростями в их поперечном сечении при соударении погибают споры грибков и бактерий.

Кавитационный реактор-циклон (КРЦ) представляет собой вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный цилиндрический конус (далее - конус) и совмещенный с ним разгонный цилиндр, причем разгонный конус расположен в нижней части КРЦ и прикреплен к днищу, а разгонный цилиндр - в верхней части КРЦ.

Кроме того, КРЦ снабжен коллектором отвода очищенной воды, который имеет форму опрокинутого цилиндрического стакана вверх дном, который установлен с зазором коаксиально разгонному цилиндру в верхней его части, причем коллектор отвода чистой воды прикреплен герметично к крышке КРЦ, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса коллектора отвода очищенной воды. КРЦ снабжен также коллектором отвода воды, содержащей твердые частицы (поличастицы).

Коллектор отвода воды с твердыми частицами выполнен в верхней части КРЦ и расположен с зазором относительно наружной стенки корпуса и крышки КРЦ и установлен коаксиально относительно корпуса КРЦ.

Установка для очистки и обеззараживания воды содержит два эжектора, которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором и КРЦ и соединены патрубками, причем выходные патрубки эжекторов прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ в нижней его части.

Тангенциальное расположение выходных патрубков эжекторов создает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды в КРЦ. Кроме того, для увеличения эффекта центробежного раскручивания воды внутри КРЦ днище КРЦ установлено с наклоном под углом (α) к вертикальной оси КРЦ, а разгонный конус наибольшим диаметром обращен вверх по вертикальной оси корпуса КРЦ, что способствует увеличению эффекта очищения воды от твердых образовавшихся (слипшихся) частичек и отбрасыванию их от центра КРЦ к периферии за счет центробежных сил и далее удалению их в коллектор отвода твердых частичек, откуда они отводятся с частью воды в канализацию.

Таким образом, очищенная вода остается в центре и вращается вокруг разгонного цилиндра, поднимаясь в коллектор отвода очищенной воды, откуда отводится в резервуар чистой воды (РЧВ) и далее поступает к потребителю.

Другим преимуществом установки для очистки и обеззараживания воды является применение новой конструкции кавитационного реактора-циклона, в котором происходят процессы окисления путем эжектирования воздуха (озона) в объем обрабатываемой воды в КРЦ, а также коллапсирования микропузырьков, в результате которого протекает процесс обеззараживания обрабатываемой воды, в результате которого происходит слипание твердых частичек и далее за счет центробежного раскручивания обрабатываемой воды в КРЦ происходит отделение воды от примесей.

Другим достоинством установки для очистки и обеззараживания воды является применение разгонного конуса и совмещенного с ним разгонного цилиндра на одной вертикальной оси КРЦ, что увеличивает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды и эффект отбрасывания твердых частичек от центра к периферии корпуса КРЦ, тем самым увеличивая эффект очищения воды, которая вращается вокруг разгонного цилиндра и поднимается вверх в коллектор отвода очищенной воды и далее в РЧВ и к потребителю.

Для расширения области применения установка для очистки и обеззараживания воды (или других жидкостей) может быть снабжена озонатором и подавать озон через эжектора в КРЦ.

Сущность данного технического решения заключается в том, что

- Устройство для очистки и обеззараживания воды содержит гидроциклон, фильтр предварительной очистки, насос, гидродинамический импульсный генератор роторного типа с электроприводом, кавитационный реактор-циклон, два эжектора, проскоковый фильтр;

- Гидродинамический импульсный генератор содержит горизонтально расположенный цилиндрический корпус, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия, в которые вставлены разгонные форсунки, выходной срез которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью корпуса, кроме того, цилиндрический полый корпус содержит цилиндрический полый ротор, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия, причем выходные одинаковые отверстия разгонных форсунок и два одинаковых отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси, кроме того, ротор снабжен подшипниковым узлом, который снабжен манжетой для герметизации полости корпуса гидродинамического импульсного генератора при вращении ротора от электропривода;

- Кавитационный реактор-циклон (КРЦ) содержит вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный конус и совмещенный с ним разгонный цилиндр, причем разгонный конус расположен в нижней части КРЦ и прикреплен к днищу, а разгонный цилиндр - в верхней части КРЦ, кроме того, КРЦ снабжен коллектором отвода очищенной воды, который имеет форму опрокинутого стакана (вверх дном), который установлен коаксиально с зазором разгонному цилиндру в верхней его части, причем коллектор отвода чистой воды прикреплен герметично к крышке КРЦ, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса коллектора отвода очищенной воды;

- КРЦ снабжен коллектором для отвода воды с твердыми частицами (поличастицы), который выполнен в верхней части КРЦ и расположен с зазором относительно наружной стенки корпуса и крышки КРЦ и установлен коаксиально относительно корпуса КРЦ;

- Установка для очистки и обеззараживания воды содержит два эжектора, которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором и КРЦ и соединены патрубками, причем выходные патрубки эжекторов прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ в нижней его части;

- Днище КРЦ установлено с наклоном под углом α к вертикальной оси КРЦ;

- Разгонный конус наибольшим диаметром установлен вверх по вертикальной оси корпуса КРЦ;

- Установка для очистки и обеззараживания воды может быть снабжена озонатором.

Снижение энергозатрат в установке по очистке и обеззараживанию воды достигается путем применения гидродинамического импульсного генератора, в котором при входе воды в разгонные форсунки при среднем давлении Р=0,15 МПа давление на встречных импульсных струях достигает Р=3,2 МПа.

Для достижения этого эффекта нет необходимости применять высоконапорный центробежный насос мощностью 7,5 кВт, как в установке Словакии по патенту N 282486. Для этого достаточно применить отечественный насос мощностью 1...1,5 кВт необходимой производительности, например 1...1,5 м³/ч и с давлением воды на выходе насоса Р=0,15 МПа (Межвузовский сборник "Гидродинамика больших скоростей"; КрПИ, - Красноярск, 1981, с. 32).

Применение разгонных форсунок, расположенных диаметрально на одной оси с диаметрально расположенными отверстиями ротора в гидродинамическом импульсном генераторе, позволило решить сложную техническую задачу путем эффекта взрывной кавитации на катастрофически встречных кавитирующих импульсных струях.

Эффект взрывной кавитации по всему объему генератора достигается путем неизбежного встречного столкновения двух импульсных струй, создаваемых путем вращения ротора с определенной угловой скоростью.

Другим преимуществом установки для очистки и обеззараживания воды является применение новой конструкции кавитационного реактора-циклона, в котором происходят процессы окисления путем эжектирования воздуха (озона) в объем обрабатываемой воды в КРЦ, а также коллапсирования микропузырьков, в результате которого происходит слипание твердых частичек и далее за счет центробежного раскручивания обрабатываемой воды (путем тангенциального подвода к нижней части корпуса КРЦ) происходит отделение воды от примесей.

Другим достоинством установки для очистки и обеззараживания воды является применение разгонного конуса и совмещенного с ним разгонного цилиндра на одной вертикальной оси КРЦ, что увеличивает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды и эффект отбрасывания твердых частичек от центра к периферии корпуса КРЦ, тем самым увеличивая эффект очищения воды, которая вращается вокруг разгонного цилиндра и поднимается вверх в коллектор отвода очищенной воды и далее в РЧВ и к потребителю.

Кроме того, авторами по патенту N 282486 Словакии не до конца раскрыта сущность протекания процесса при коллапсировании микропузырька.

В кавитационном процессе, при обработке воды, существует и второй эффект взрывного кавитационного процесса, заключающегося в том, что в воде находятся, например, молекулы гидроксидов железа Fe(ОН)₃, Fe(ОН)₂ и другие молекулы, при кавитационном образовании микропузырьков многие из этих молекул оказываются на орбите (на сфере пузырька, или на границе раздела сферы пузырька и окружающей жидкостью) и под действием огромных сил схлопывания устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, уничтожая споры грибков и бактерий.

При этом находящиеся на сфере и в фокусе пузырька молекулы гидроксидов металлов с огромной силой сталкиваются, уничтожая при этом споры грибков и бактерий, и слипаются, образуя более крупные твердые частицы.

На фиг.1 показана принципиальная гидравлическая схема установки для очистки и обеззараживания воды, содержащая гидроциклон 1, фильтр осветительный 2 (предварительной очистки), насос 3, гидродинамический импульсный генератор 4 с электроприводом 5, кавитационный реактор-циклон 6, два эжектора 7 (вид. А - на фиг.1), проскоковый фильтр 8; на фиг.2 - продольный разрез гидродинамического импульсного генератора 4 на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг, 2; на фиг.4 - фрагмент В на фиг.2; на фиг.5 - продольный разрез кавитационного реактора-циклона 6 на фиг.1; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.5.

Гидродинамический импульсный генератор 4 (фиг.2) представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус 9, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия 10, в которые вставлены разгонные форсунки 11, выходной срез 12 которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью 13, кроме того, цилиндрический полый корпус 9 содержит цилиндрический полый ротор 14, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия 15, причем выходные одинаковые отверстия 16 разгонных форсунок 11 и два одинаковых отверстия 15 ротора 14 расположены на одной диаметральной оси (фиг.2 и 3), кроме того, ротор 14 снабжен подшипниковым узлом 17, который снабжен манжетой 18 для герметизации полости 13 корпуса 9 гидродинамического импульсного генератора 4 при вращении ротора 14 от электропривода 5 (фиг.1).

На фиг.4 показан фрагмент В на фиг.2, где увеличено изображен эффект взрывной кавитации, полученный путем неизбежного встречного столкновения двух импульсных струй, создаваемых путем вращения ротора 14 с определенной угловой ω_i скоростью.

При столкновении двух кавитирующих импульсных струй происходит их катастрофическое разрушение по всей полости 13 с образованием микропузыръков 19, и далее кавитирующая вода подается по патрубкам 20 через эжектора 7 (вид А - на фиг.1) в КРЦ 6.

КРЦ 6 представляет собой вертикально расположенный цилиндрический полый корпус 21 (фиг.5), внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный конус 22 и совмещенный с ним разгонный цилиндр 23, причем разгонный конус 22 расположен в нижней части КРЦ 6 и прикреплен к днищу 24, а разгонный цилиндр 23 - в верхней части КРЦ 6, кроме того, КРЦ 6 снабжен коллектором 25 отвода очищенной воды, который имеет форму опрокинутого стакана, который установлен коаксиально с зазором 26 разгонному цилиндру 23 в верхней его части, причем коллектор 25 отвода чистой воды прикреплен герметично к крышке 27 КРЦ 6, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса коллектора 25 отвода очищенной воды.

КРЦ 6 снабжен коллектором 28 отвода воды, содержащей твердые частицы 29 (фиг.6).

Коллектор 28 отвода воды с твердыми частицами выполнен в верхней части КРЦ 6 и расположен с зазором 30 относительно наружной стенки корпуса 21 и крышки 27 КРЦ 6 и установлен коаксиально относительно корпуса 21 КРЦ 6.

Установка для очистки и обеззараживания воды содержит два эжектора 7 (вид А - на фиг.1), которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором 4 и КРЦ 6 и соединены патрубками 20, причем выходные патрубки 20 (фиг.5) эжекторов 7 прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ 6 в нижней его части (вид А - на фиг.1).

Днище 24 КРЦ 6 установлено с наклоном под углом α к вертикальной оси КРЦ (фиг.1 и 5).

Разгонный конус 22 наибольшим диаметром установлен вверх по вертикальной оси корпуса 21 КРЦ 6 (фиг.5).

КРЦ 6 также снабжен воздушными клапанами 31 (фиг.5) для сброса парогазовой смеси в атмосферу, кроме того, КРЦ 6 имеет сливной кран 32, установленный в нижней части днища 24.

Сливной кран 32 предназначен для аварийного или ремонтного слива воды из КРЦ 6.

Установка для очистки и обеззараживания воды снабжена также дренажным трубопроводом 33 для удаления твердых частиц в процессе обработки воды из гидроциклона 1 по сливной трубе 34 и из коллектора 28 отвода твердых частиц по сливной трубе 35.

Очищенная вода отводится по сливной трубе 36 через проскоковый фильтр 8 в РЧВ и к потребителю.

Проскоковый фильтр 8 служит для улавливания твердых частиц в случае аварийной остановки насоса 3, например при внезапном отключении электроэнергии.

Устройство для очистки и обеззараживания воды работает следующим образом.

Вода для очистки и обеззараживания подается, например, из скважины и поступает в гидроциклон 1, в котором производится удаление шлама. Твердые частицы в гидроциклоне 1 выделяются в результате действия центробежной силы, возникающей при тангенциальном вводе осветляемой воды. В процессе работы гидроциклона 1 выделяемые твердые частицы сбрасываются в дренажную трубу 33 (фиг.1) по сливной трубе 34.

После гидроциклона 1 вода поступает в фильтр 2, в котором производится улавливание проскоковых твердых частиц из гидроциклона 1,

Из фильтра 2 предварительно осветленная вода подается насосом 3 по трубопроводам 3а и 3б в гидродинамический импульсный генератор 4 через разгонные форсунки 11.

В гидродинамическом импульсном генераторе 4 вращается ротор 14 с заданной угловой скоростью ω_i от электропривода 5. При вращении ротора 14 происходит попеременное открывание и закрывание выходных отверстий 16 разгонных форсунок 11, в результате этого вода поступает в полость ротора 14 через его диаметрально расположенные отверстия 15 порциями с заданной частотой, обусловленной вращением ротора 14 с заданной угловой скоростью ω_i (фиг.2 и 3).

При подаче воды насосом 3 с давлением, например, Р=0,15 МПа через разгонные форсунки 11 в полости ротора 14 неизбежно сталкиваются две импульсные встречные струи, и в момент их столкновения в поперечном их сечении d (фиг.4) давление достигает порядка Р=3,2 МПа.

При прохождении обрабатываемой воды через разгонные форсунки 11 в струях образуются микропузырьки, которые коллапсируют, образуя кумулятивные микроструи со скоростями V порядка 200...1000 м/с и ударным местным давлением порядка Р_i=10³ МПа (фрагмент В на фиг.4).

Кроме того, при схлопывании (коллапсировании) пузырьков возникает экстремальная температура - 1070 К, и оказавшиеся в центре схлопывания споры грибков и бактерий уничтожаются.

При обработке воды в воде находятся, например, молекулы гидроксида железа Fe(OH)₂; Fe(ОН)₃ и другие, при кавитационном образовании микропузырьков многие из этих молекул оказываются на орбите (на сфере) пузырька и под действием огромных сил схлопывания устремляются в фокус коллапсирующего пузырька, уничтожая споры грибков и бактерий, сталкиваются и слипаются, образуя при этом более крупную твердую частицу.

Далее обрабатываемая вода с твердыми частицами поступает в эжектора 7 (фиг.1), где интенсивно смешивается с кислородом воздуха, окисляется и поступает по тангенциальным патрубкам 20 в КРЦ 6, в котором продолжается процесс схлопывания микропузырьков и обеззараживания воды (фиг.5).

Путем подвода обрабатываемой воды по тангенциальным патрубкам 20 в КРЦ 6 происходит ее центробежное раскручивание, а применение разгонного конуса 22 и совмещенного с ним разгонного цилиндра 23 увеличивает эффект центробежного раскручивания обрабатываемой воды и эффект отбрасывания твердых частичек 29 (фиг.6) от центра к периферии корпуса 21 КРЦ 6, тем самым увеличивая эффект очистки воды, которая вращается вокруг разгонного цилиндра 23 и поднимается вверх в коллектор 25 отвода очищенной воды и далее через проскоковый фильтр 8 (фиг.1) в РЧВ и к потребителю.

Вода с примесями (твердыми частицами) поступает в коллектор 28 для отвода воды с твердыми частицами и далее по сливной трубе 35 удаляется в канализацию.

Образующаяся паровоздушные смесь в КРЦ 6 в результате протекающих физических процессов сбрасывается в атмосферу через воздушные клапаны 31 (фиг.5).

Claims (6)

1. Установка по очистке и обеззараживанию воды, содержащая гидроциклон, фильтр осветлительный, насос, гидродинамический импульсный генератор с электроприводом, кавитационный реактор-циклон (КРЦ), два эжектора и проскоковый фильтр, отличающаяся тем, что гидродинамический импульсный генератор содержит горизонтально расположенный цилиндрический полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два резьбовых отверстия, в которые вставлены разгонные форсунки, выходной срез которых выполнен заподлицо с внутренней цилиндрической полостью корпуса, кроме того, цилиндрический полый корпус содержит цилиндрический полый ротор, который установлен коаксиально с зазором, кроме того, цилиндрический полый ротор имеет диаметрально расположенные два одинаковых отверстия, причем два одинаковых отверстия разгонных форсунок и два одинаковых отверстия ротора расположены на одной диаметральной оси, кроме того, ротор снабжен подшипниковым узлом, который снабжен манжетой.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кавитационный реактор-циклон (КРЦ) содержит вертикально расположенный цилиндрический полый корпус, внутри которого на одной вертикальной оси расположен разгонный конус и совмещенный с ним разгонный цилиндр, причем разгонный конус расположен в нижней части КРЦ и прикреплен к днищу, а разгонный цилиндр - в верхней части КРЦ, кроме того, КРЦ снабжен коллектором отвода очищенной воды, который имеет форму опрокинутого стакана, который установлен коаксиально разгонному цилиндру с зазором в верхней его части, причем коллектор отвода чистой воды прикреплен герметично к крышке КРЦ, в которой выполнено центральное отверстие по диаметру цилиндрического корпуса коллектора отвода очищенной воды.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что КРЦ снабжен коллектором для отвода воды с твердыми частицами, выполненным в верхней части КРЦ, расположенным с зазором относительно наружной стенки корпуса и крышки КРЦ и установленным коаксиально относительно корпуса КРЦ.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит два эжектора, которые расположены между гидродинамическим импульсным генератором и КРЦ и соединены патрубками, причем выходные патрубки эжекторов прикреплены тангенциально к корпусу КРЦ в нижней его части.

5. Установка но п.1, отличающаяся тем, что днище КРЦ установлено под углом α к вертикальной оси КРЦ.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что разгонный конус наибольшим диаметром установлен вверх по вертикальной оси корпуса КРЦ.

Images