устройство для очистки и обеззараживания воды

Формула изобретения

Устройство для очистки воды с помощью высоковольтных электрических разрядов, содержащее корпус и расположенные в нем электроды, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного озоносодержащего газа, при этом высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод выполнен в виде цилиндра, причем проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора, патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, а заземленный электрод соединен с распределительной системой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод от токсичных примесей, активации и обеззараживания воды и может быть использовано в системах очистки и водоподготовки.

Известно достаточно много устройств для очистки и обеззараживания воды с помощью использования высоковольтных электрических разрядов. Так в патенте США N 3336564 и патенте ГДР N 67370 очистка и обеззараживание воды осуществляется в специальных реакторах, в которых установлены высоковольтные и заземленные электроды. При приложении к электродам высокого напряжения происходит пробой воды между электродами и за счет воздействия ударной волны, светового излучения и термохимических реакций происходит очистка и обеззараживание воды.

В авторском свидетельстве СССР N 389030 используется устройство для очистки воды с помощью электрического разряда по газовой фазе, содержащей кислород, путем подачи кислородосодержащего газа в зону разряда через полые электроды.

В устройстве для очистки воды по а.с. СССР N 514548 очистку воды осуществляют с помощью высоковольтных разрядов по поверхности раздела воздух - жидкость.

Также известно устройство для обеззараживания воды электрическими разрядами а. с. N 1263643, содержащее корпус, выполненный в виде камеры с воздуховодом, и размещенные в нем генератор токовых высоковольтных импульсов, воздушный разрядник, компрессор и высоковольтную электродную пару, причем отрицательный электрод высоковольтной пары выполнен из немагнитного материала, снабжен отверстиями для подачи озона в область электрического разряда и на нем установлен подковообразный электромагнит, а воздушный разрядник снабжен инициирующим электродом, соединенным с высоковольтным генератором напряжения. При подаче напряжения на инициирующий электрод срабатывает воздушный разрядник, и напряжение от генератора токовых высоковольтных импульсов прикладывается к электродной паре, происходит пробой межэлектродного промежутка, заполненного водой и озоном, который подается в межэлектродный промежуток через отверстия в отрицательном электроде. Озон в свою очередь образуется в воздушных зазорах воздушного разрядника. В результате в воде образуется озон, радикалы H, OH, пузырьки водорода, кислорода, которые, воздействуя на воду, приводят к обеззараживанию воды.

Все выше приведенные известные устройства для очистки и обеззараживания воды характеризуются большей или меньшей эффективностью очистки воды, определенными удельными энергозатратами и степенью сложности конструкции и эксплуатации установок. Всем приведенным устройствам для очистки и обеззараживания воды присущи такие недостатки, как невысокая эффективность очистки и обеззараживания, высокие удельные энергозатраты, низкая надежность устройств.

Техническая задача в предлагаемом изобретении заключается в повышении эффективности очистки и обеззараживания воды, снижении удельных энергозатрат на процесс очистки и обеззараживания, повышении надежности конструкции установок для очистки и обеззараживания воды.

Это достигается в устройстве, содержащем корпус, расположенные в нем электроды, патрубки для подвода и отвода воды, патрубок для подвода кислородосодержащего газа и патрубок для отвода отработанного озоносодержащего газа, причем высоковольтный электрод выполнен в виде объемного многоострийного электрода в виде ерша, а заземленный электрод выполнен в виде цилиндра, причем проходной изолятор высоковольтного электрода образует кольцевой зазор с заземленным электродом, через который в устройство поступает вода, подводящий воду патрубок расположен в зоне заземленного электрода и проходного изолятора, а патрубок, подводящий кислородосодержащий газ, соединен с полым тоководом высоковольтного электрода, причем заземленный электрод соединен с распределительной системой водо-озоносодержащей смеси.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. При подаче высокого напряжения на высоковольтный электрод электрические разряды возникают между высоковольтным электродом и поверхностью воды в воздушном промежутке, который образуется за счет подачи воды в устройство и подсоса воздуха через полый токовод высоковольтного электрода. В результате в зоне воздействия электрических разрядов из воздуха происходит образование озона, атомарного кислорода, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, а на поверхности воды и в ее объеме происходит образование радикалов OH^- различных перекисей водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение. В зоне, расположенной ниже высоковольтного электрода, происходит смешение озоно-воздушной смеси с водой. Все активные продукты разряда вступают во взаимодействие с примесями, находящимися в воде, происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. В результате окисления железа, образуется гидроокись железа Fе(OH)₃, которая в результате образования и коагуляции является мощным сорбентом, в результате из воды дополнительно удаляются ионы тяжелых металлов, органические вещества, микробы. Так как процесс очистки и обеззараживания воды в предлагаемом устройстве протекает за счет воздействия большого количества факторов, то эффективность устройства высока, а энергозатраты на процесс очистки и обеззараживания низкие.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на чертеж, на котором показан вид устройства для очистки и обеззараживания воды по настоящему изобретению.

На рисунке 1 показано предлагаемое устройство для очистки и обеззараживания воды, A-A - сечение устройства на уровне высоковольтного электрода. На рис. 2 показано сечение B-B, на уровне распределительного устройства.

Как показано на рисунках 1 и 2, устройство для реализации настоящего изобретения включает в себя корпус 1, внутри которого установлен высоковольтный электрод 2, изолированный от корпуса с помощью проходного изолятора 3. Высоковольтный электрод 2 выполнен в виде объемного многоострийного электрода (в виде ерша), который закреплен на полом тоководе 4 (термин - многоострийный электрод употребляется в научно-технической литературе по электрофизической аппаратуре, в частности в книге: Велихов Е.П., Баранов В.Ю., Летохов B. C., Рябов Е.А., Старостин А.Н. Импульсные CO₂-лазеры и их применение для разделения изотопов. - М.: Наука, 1983. - 304 с. (стр. 118. 18-я строка сверху).

Высоковольтный электрод 2 расположен коаксиально внутри заземленного цилиндрического электрода 5. Заземленный электрод 5 в нижней части соединен с распределительным устройством 6, которое представляет собой конструкцию из перфорированных трубок. Перфорация выполнена в виде отверстий 7. Общий вид распределительного устройства показан на рисунке 1 и на сечении B-B. В верхней части устройства установлен коллектор 8, на котором установлен подводящий очищаемую воду патрубок 9, а отводящий обработанную воду патрубок 10 размещен в нижней части корпуса 1. Подвод атмосферного воздуха осуществляется через полый токовод 4, а отвод отработанной озоно-воздушной смеси осуществляется через патрубок 11, который расположен в верхней части корпуса 1.

Работает описанное устройство следующим образом. Исходная вода через патрубок 9 и коллектор 8 подается в корпус 1 устройства. За счет подачи воды через кольцевой зазор 12, образованный заземленным электродом 5 и проходным изолятором 3, в зоне высоковольтного электрода 2 образуется разряжение, за счет которого атмосферный воздух через полый токовод 4 засасывается внутрь устройства. При подаче на электроды высокого импульсного напряжения от источника питания, между высоковольтным электродом 2 и поверхностью воды, которая кольцевым потоком движется внутри заземленного электрода 5, в воздушном промежутке образуются электрические разряды. Электрические разряды образуются по всей поверхности рабочей части высоковольтного электрода 2. Под действием электрических разрядов из кислорода воздуха происходит образование атомарного кислорода, озона, возбужденных молекул кислорода, электронов и ионов, на границе воды и в ее объеме образуются радикалы OH^-, различные перекиси и закиси водорода, а в зоне электрических разрядов образуется ультрафиолетовое излучение. В зоне, расположенной ниже высоковольтного электрода, происходит смешение озоно-воздушной смеси с водой. Все активные продукты разряда вступают во взаимодействие с примесями, находящимися в воде, происходит окисление железа, марганца, сероводорода, органических примесей, обесцвечивание и обеззараживание воды. В результате окисления железа образуется гидроокись железа Fe(OH)₃, которая в результате образования и коагуляции является мощным сорбентом, в результате из воды дополнительно удаляются ионы тяжелых металлов, органические вещества, микробы. Образовавшаяся водно-газовая смесь поступает в распределительное устройство 6, проходя которое, водно-газовый поток распределяется по всему объему устройства. В объеме воды происходит доокисление примесей, коагуляция окисленных веществ и аэрация воды. Отработанная озоно-воздушная смесь через патрубок 11 направляется на деструктор остаточного озона или на первичное озонирование исходной воды. Далее, через патрубок 10 вода поступает на последующие этапы очистки и после осветления поступает потребителю. Качество очистки воды регулируется количеством подаваемого воздуха, частотой следования высоковольтных импульсов от источника питания и количеством воды, поступающим на очистку.

При испытании заявляемого устройства были получены следующие результаты: удельные энергозатраты на очистку и обеззараживание воды до ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" в заявляемом устройстве составили - 0,05 кВтч/м³.