установка для очистки воды озоном

Формула изобретения

Установка для очистки воды озоном, включающая последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель и контактный резервуар, оборудованный перегородкой высотой менее высоты резервуара и делящей резервуар на две части с расположенным в одной из частей барботером, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит аппарат, оборудованный в верхней части решеткой с размещенным на последней адсорбентом, и фильтр с адсорбентом, контактный резервуар выполнен с крышкой, причем фильтр установлен последовательно с эжектором-смесителем и контактным резервуаром и соединен верхней частью со средней частью аппарата и нижней частью контактного резервуара, а верхняя часть резервуара соединена со средней частью аппарата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки воды, в частности, к установкам для очистки воды с использованием процессов окисления и сорбции, и может быть применено при дополнительной очистке воды, используемой для питья и приготовления пищи в различных предприятиях, индивидуальных хозяйствах и небольших населенных пунктах.

Известна установка для очистки питьевой воды (проспект фирмы Keystone Engineering, PO Box 360, Black Diainoud, Washington, 98010-0491 (206) 886-1396), содержащая блок получения озона в виде озоно-воздушной смеси, инжектор подачи этой смеси в обрабатываемую воду, контактный резервуар и фильтр, заполненный зернистым адсорбентом на основе угля. Контактный резервуар представляет пустотелую колонну с барботером озоно-воздушной смеси в нижней части.

Установка работает следующим образом. В блоке получения озона из атмосферного воздуха образуется озоно-воздушная смесь, которая под давлением поступает в инжектор. Сюда же под давлением сети подается водопроводная вода. Двухфазный газожидкостной поток озоно-воздушной смеси и водопроводной воды поступает в контактный резервуар через барботер, обеспечивающий дробление озоно-воздушной смеси в воде до мелких пузырьков. В контактном резервуаре обеспечивается также необходимое время пребывания воды, достаточное для окисления озоном вредных примесей и обеззараживания воды. Из контактного резервуара вода поступает в фильтр, проходя через слой адсорбента. При этом из воды за счет адсорбции и фильтрования удаляются вредные примеси и взвеси. После фильтра очищенная вода поступает потребителям. Отработанный воздух с остатком непрореагировавшего с водой озона отводится в атмосферу из верхней части контактного резервуара.

Известная установка предусматривает очистку воды от взвешенных веществ, которые представлены в основном нерастворимыми продуктами окисления примесей воды и микрофлоры (остатки вирусов, микроорганизмов) и являющегося более токсичными, чем частички глины, песка.

Однако, как следует из технической сущности и конструктивного оформления установки, на последней не достигается эффективное удаление взвешенных веществ. Поток воды, направляющийся из контактного резервуара на фильтр с адсорбентом, содержит мелкие пузырьки воздуха и непрореагировавшего озона, что затрудняет адсорбцию (прилипание) взвешенных твердых частиц к поверхности адсорбента и способствует отрыву от поверхности адсорбента уже задержанных частиц. В результате этого частицы попадают в очищенную воду уже после фильтра.

Кроме того, при отводе из контактного резервуара отработанной озоно-воздушной смеси, например в помещение, где находится установка, происходит вынос токсичного газа - озона из воды, последней в количестве 0,5-1% от подаваемой в установку.

Установка является наиболее близкой к изобретению по достигаемому результату - степени очистки от взвешенных веществ. Нами была проверена эффективность известной установки при очистке водопроводной воды р. Днепр, содержащей 1,3 мг/дм³ взвешенных веществ, при общей микробной обсемененности 90 ед/см³. Очищенная вода содержала 1,1 мг/дм³ взвешенных веществ при микробной обсемененности 76 ед/см³. Степень очистки составила всего лишь 15,4 и 15,6%, соответственно.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является установка для очистки воды озоном Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. - Киев: Наукова думка, 1991, с. 269), содержащая последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель и контактный резервуар цилиндрической формы, часть которого отделена перегородкой высотой менее высоты резервуара, причем использована перегородка цилиндрической формы, прикрепленная к днищу резервуара соосно последнему. Внутри перегородки размещены дырчатые (барботажные) трубы, соединенные с эжектором. Верхняя часть перегородки снаружи оборудована круглым желобом с дырчатыми лотками, расположенными по периферии контактного резервуара. Резервуар оборудован устройством для отвода очищенной воды, расположенным в его нижней части.

Установка работает следующим образом. Очищаемая вода смешивается в эжекторе с озоно-воздушной смесью с последующим барботированием в часть резервуара, отделенную перегородкой. Барботирование осуществляется через дырчатые трубы. Отработанная озоно-воздушная смесь выбрасывается в атмосферу, а очищенная вода, переполняя отделенную часть резервуара, переливается в круглый желоб и через дырчатые лотки разбрызгивается по периферии контактного резервуара. При разбрызгивании происходит удаление избытка озона из очищенной воды и ее сбор в периферийной части контактного резервуара с последующим отводом в атмосферу.

Установка предназначена для обеззараживания воды путем окисления содержащихся в воде органических примесей озоном и не предусматривает удаление из воды взвешенных веществ.

Следует отметить, что выполнение контактного резервуара открытым отрицательно сказывается на эффективности использования озона в процессе окисления, что приводит к его повышенному расходу при достижении необходимой полноты окисления веществ.

Выполнение в установке устройства для удаления непрореагировавшего озона (желоб с дырчатыми лотками), с выбросом в атмосферу озона и аэрозоля воды, приводит к загрязнению окружающей среды токсичным газом и вследствие выброса аэрозоля воды создает неудобства при эксплуатации.

Т. о., из уровня техники следует, что проблема удаления взвешенных веществ решается неудовлетворительно, и известные установки в процессе очистки воды загрязняют окружающую среду токсичным газом и усложняют эксплуатацию из-за выброса аэрозоля воды.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать установку для очистки воды озоном путем выполнения контактного резервуара в виде закрытого сосуда, введения в установку дополнительно аппарата с адсорбентом и фильтра с адсорбентом, а также введения новых связей между конструктивными элементами установки. Это обеспечило бы достижение технического результата - снижение содержания взвешенных веществ в очищенной воде с одновременным обезвреживанием непрореагировавшего озона и улавливанием аэрозоля воды, следовательно повышение качества воды, устранение загрязнения окружающей среды и упрощение эксплуатации установки.

Для решения поставленной задачи предложена установка для очистки воды озоном, включающая последовательно соединенные по ходу очищаемой воды эжектор-смеситель и контактный резервуар, оборудованный перегородкой высотой менее высоты резервуара, и делящей резервуар на две части с расположенным в одной из частей барботером, которая, согласно изобретению, дополнительно содержит аппарат, оборудованный в верхней части решеткой с размещенным на последней адсорбентом, и фильтр с адсорбентом, при этом контактный резервуар выполнен с крышкой, а фильтр установлен последовательно с эжектором-смесителем и контактным резервуаром и соединен верхней частью со средней частью аппарата и нижней частью контактного резервуара, верхняя часть которого соединена со средней частью аппарата.

Сущность изобретения состоит в том, что на предложенной установке реализуются одновременно процессы сепарации воды от отработанной озоно-воздушной смеси и восстановление непрореагировавшего озона, что обеспечивает более полную очистку воды от взвесей и устранение выброса озона и аэрозоля в окружающую среду.

Этот результат достигается конструктивными особенностями установки, предусматривающими сепарацию воды и отработанной озоно- воздушной смеси в следующих элементах установки:

в закрытом контактном резервуаре при переливе обработанной озоном воды через перегородку;

в рабочем пространстве аппарата под слоем сорбента при поступлении в среднюю часть аппарата озоно-воздушной смеси с аэрозолем воды из контактного резервуара и фильтра;

в фильтре над слоем сорбента при поступлении в верхнюю часть фильтра очищенной воды с остаточным количеством пузырьков воздуха из контактного резервуара.

Результатом процессов сепарации является то, что в слой сорбента в фильтре поступает освобожденная от пузырьков воздуха и озона очищенная вода, что способствует более полному задержанию взвешенных примесей, а также то, что озон и аэрозоль воды, отсепарированные и собранные со всех элементов в одном элементе - аппарате, проходя через слой сорбента, например угля, подвергается восстановлению, что предотвращает его попадание в атмосферу. Указанный результат не достигается в известных установках.

Т. о. , совокупность конструктивных признаков предложенной установки для очистки воды озоном является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - снижения содержания взвешенных веществ в очищенной воде и, следовательно, повышения качества очищенной воды при одновременном устранении выброса в атмосферу токсичного газа - озона и аэрозоля воды.

На чертеже изображена схема предлагаемой установки.

Установка содержит блок 1 получения озона в виде озоно-воздушной смеси, эжектор 2 подачи этой смеси в обрабатываемую пробу, контактный резервуар 3 с перегородкой 4 в рабочем пространстве высотой менее высоты контактного резервуара, разделяющей его рабочее пространство на две части, сообщающиеся сверху. В одной части рабочего пространства, ограниченного перегородкой 4, размещен барботер 5 озоно-воздушной смеси, а в другой части снизу предусмотрен патрубок 6 отвода озонированной воды. Патрубок 7 отвода непрореагировавшего озона и отработанного воздуха с аэрозолем (мелкими каплями) воды расположен на крышке контактного резервуара 3. В установке предусмотрен аппарат 8 с патрубком 9 в его средней части, патрубком 10 в нижней части, зернистым адсорбентом 11, расположенным на решетке 12, и патрубком 13 в верхней части. Установка также содержит фильтр 14, заполненный зернистым адсорбентом 15, например, углем. В фильтре 14 имеются дренажное устройство 16, патрубок 17 отвода очищенной воды и патрубок 18 для отвода озона в среднюю часть аппарата 8.

Установка работает следующим образом.

В блоке 1 получения озона из атмосферного воздуха образуется озоно-воздушная смесь, которая под давлением поступает в эжектор 2. Сюда же под давлением сети подается водопроводная вода. Двухфазный газо-жидкостный поток озоно-воздушной смеси и водопроводной воды поступает в контактный резервуар 3 в часть его рабочего пространства, ограниченного перегородкой 4 через барботер 5, обеспечивающий распределение в воде озоно-воздушной смеси в виде мелких пузырьков. За счет поступления в контактный резервуар 3 воды и озоно-воздушной смеси обработанная озоном вода переливается через перегородку 4 в другую часть рабочего пространства контактного резервуара 3 и затем отводится через патрубок 6. При переливе воды с пузырьками озоно-воздушной смеси через перегородку 4 происходит сепарация (отделение) отработанного воздуха и непрореагировавшего озона от воды. В контактном резервуаре 3 обеспечивается необходимое время пребывания воды, достаточное для окисления вредных примесей озоном и обеззараживания воды. Из верхней части контактного резервуара 3 через патрубок 7 непрореагировавший озон, а также отработанный воздух с мелкими каплями воды поступает в аппарат 8 через патрубок 9, расположенный в его средней части. В аппарате 8 происходит конденсация мелких капель воды. Сконденсировавшаяся вода из аппарата 8 через нижний патрубок 10 отводится в канализацию либо возвращается в эжектор 2. Отработанный воздух с непрореагировавшим озоном проходит в аппарате 8 вверх через слой зернистого адсорбента 11, поглощающего озон с последующим его восстановлением, и через верхний патрубок 13 удаляется в атмосферу. Озонированная вода, отводимая из патрубка 6, поступает в фильтр 14, проходит через слой зернистого адсорбента 15, и затем через дренажное устройство 16 и патрубок 17 направляется потребителям. В фильтре 14 за счет адсорбции и фильтрования из воды удаляются вредные примеси и взвеси и происходит очистка воды, а отсепарированный непрореагировавший озон из фильтра через патрубок 18 направляется в аппарат 8.

Эффективность очистки воды предложенной установкой была проверена на водопроводной воде р. Днепр с исходящими показателями: содержание взвешенных веществ - 1,3 мг/дм³, остаточная микробная обсемененность - 90 ед/см³. Очищенная вода содержала 0,2 мг/дм³ взвешенных веществ при остаточной микробной обсемененности 4,0 ед/см³. Степень очистки составила 84,6 и 95,0% соответственно.

Сопоставительный анализ результатов очистки воды предложенной и 1 известными установками показывает, что заявляемая установка обеспечивает глубокую очистку воды от взвешенных веществ на уровне 95,0%. По сравнению с известной установкой использование предложенной установки позволяет повысить степень очистки от взвешенных веществ с 15,4 до 84,6%, т.е. приблизительно в 6 раз, а от микроорганизмов - с 15,6 до 95,0%, т.е. в 6 раз. Известная установка не предусматривает очистку от взвешенных веществ.

Следует отметить, что предложенная установка является экологически чистой, так как обеспечивается полное устранение выброса озона и аэрозоля воды в процессе очистки воды, что не достигается известными установками, а также упрощает эксплуатацию. Это позволит разместить установку в пищеблоках больниц школ, детских садов и других учреждении.