установка гидродинамической обработки сточной воды

Классы МПК:C02F1/64 железа или марганца
C02F1/74 воздухом
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Кравишвили Джемали Иосифович (RU),
Ващенко Юрий Ефимович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-11-15
публикация патента:

Изобретение относится к экологии. Насыщенную атмосферным воздухом воду подают насосом 1 в конфузор 3 первого блока кавитационного устройства через настроечное устройство 2. Из конфузора 3 турбулентный микропузырьковый поток воды поступает в цилиндрическую камеру 4, в которую вводят газ из источника 12. Из цилиндрической камеры 4 обрабатываемый поток воды подают в диффузор 5 первого блока кавитационного устройства. Из диффузора 5 поток воды через настроечное устройство 6 поступает в конфузор 7 второго блока кавитационного устройства. Из конфузора 7 турбулентный микропузырьковый поток воды подают в цилиндрическую камеру 8 второго блока кавитационного устройства, в которую вводят газ из источника 12. Из цилиндрической камеры 8 обрабатываемый поток воды поступает в диффузор 9 второго блока кавитационного устройства. Обработанную воду подают потребителю. Изобретение позволяет предохранить окружающую среду от загрязнения ядовитыми химическими реагентами. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505

установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505

Формула изобретения

1. Установка гидродинамической обработки сточной воды, содержащая насос, кавитационное устройство, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы, отличающаяся тем, что в ней кавитационное устройство состоит из двух прямоточных блоков, каждый из которых содержит последовательно установленные конфузор, цилиндрическую камеру, диффузор, при этом конфузор первого блока имеет угол сужения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =(20±5°), длину L=0,08-0,45 м, диаметр выходного сечения d=0,02-0,25 м и предназначен для увеличения скорости потока обеззараживаемой воды до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 25 м/с (с одновременным уменьшением статического давления до P=0,8-0,6 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в двухфазный турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 50 мкм, с критерием Рейнольдса Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105); цилиндрическая камера первого блока имеет диаметр проходного сечения d=0,02-0,25 м, длину L=0,05-0,6 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой) и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с; диффузор первого блока имеет угол расширения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =(12±3°), длину L=0,12-0,55 м и предназначен для уменьшения скорости потока с одновременным увеличением статического давления до Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 1 ата (с сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде); конфузор второго блока имеет угол сужения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =(20±5°), длину L=0,07-0,4 м, диаметр выходного сечения d=0,025-0,3 м и предназначен для увеличения скорости потока до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 20 м/с (с одновременным уменьшением статического давления до Р=1,0-0,8 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 70 мкм, с критерием Рейнольдса Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105); цилиндрическая камера второго блока имеет диаметр проходного сечения d=0,025-0,3 м, длину L=0,06-0,65 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой) и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,5-0,3 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с); диффузор второго блока имеет угол расширения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =(12±3°), длину L=0,12-0,6 м и предназначен для уменьшения скорости потока (с одновременным увеличением статического давления до Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 1 ата и сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде).

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней размеры элементов блоков кавитационного устройства рассчитаны и выполнены для водяных насосов производительностью 50-5000 м3/ч и напором 50-125 м.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней на входе в конфузоры блоков кавитационного устройства установлены настроечные устройства, позволяющие изменять при гидропроливках статическое давление потока воды.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней цилиндрические камеры блоков кавитационного устройства соединены трубопроводами через дозирующие устройства и запорные краны с источником газа в нескольких местах по длине, например, на входе и выходе потока воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для обеззараживания воды в очистных сооружениях заводов, населенных пунктов, с/х предприятий, в системах подачи питьевой, промышленной, поливочной воды, воды в искусственных и естественных водохранилищах.

Известны способы и установки химического обеззараживания воды хлором («Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды» под редакцией Л.А.Кульского. Киев, журнал «Наукова думка», 1980 г., с.934).

Недостатком химического обеззараживания воды хлором является образование от взаимодействия хлора с водой токсичных веществ - диоксинов и диоксидов, что нарушает экологию окружающей среды, т.к. сточную воду вместе с хлором, диоксинами, диоксидами сбрасывают в естественные водоемы и уничтожают в них полезную микрофлору, растительный и животный мир.

Известны способы и установки химического обеззараживания воды озоном (Кожинов В.Ф. и др. «Озонирование воды». - М.: Стройиздат, 1974, с.119-127, Патент РФ № 2081843, 1997 г.).

Недостатками химического обеззараживания воды озоном являются сложность технологического процесса, быстрый выход из строя материалов обеззараживающих установок при контактировании с сильным окислителем - озоном.

Известна установка обеззараживания воды декомпрессией, содержащая емкость для ее насыщения газом при выдержке под избыточным давлением не менее 3 кг/см2 в течение не менее 60 мин с последующим резким перепуском ее в емкость с меньшим давлением (патент № 2276103 10.05.2006 г. по Заявке № 2004117934 от 16.06.2004 г.).

Недостатком обеззараживания воды декомпрессией является сложность установки, значительные затраты на ее изготовление и эксплуатацию, невозможность применения для больших объемов воды.

Известны установки (специальные аппараты) для разделения растворов и коллоидных систем методом ультрафильтрации полупроницаемыми мембранами под давлением 0,1-0,8 МПа, используемые для очистки крови, вакцин, фруктовых соков, питьевой воды на подводных лодках и космических станциях, которые могут быть использованы для обеззараживания сточных вод.

Недостатком обеззараживания сточной воды ультрафильтрацией является сложность, значительные затраты в эксплуатации (частая очистка мембранного фильтра от задержанных частиц и микроорганизмов), невозможность применения для больших объемов воды (большое количество часто сменяемых мембранных фильтров).

Известны установки для обеззараживания воды УФ-излучением от газоразрядных источников (бактерицидных ламп).

Недостатком обеззараживания сточной воды УФ-излучением является сложность, значительные затраты в эксплуатации (непрерывная очистка быстро мутнеющей от осадка поверхности ламп или прозрачного футляра для ламп), невозможность применения для больших объемов воды (большое количество ламп в большом объеме мутной сточной воды с небольшим пространством между лампами).

Известна установка гидродинамического обеззараживания воды, реализующая способ по заявке № 2006122918/15 от 27.06.2006 г. (публикация 10.01.2008 г.), содержащая насос, гидроимпульсный генератор, кавитационный реактор, гидроциклон, два эжектора, проскоковый фильтр.

Недостатками известной установки являются сложность, большая стоимость, невозможность ее применения для непрерывного обеззараживания больших объемов воды.

Известна установка гидродинамической обработки воды (ГДВУ-03), разработанная институтом «Томскагропромтехпроект», предназначенная для обеззараживания воды и очистки ее от растворенных тяжелых металлов, солей и других примесей без применения химических реагентов (публикация ООО «Эко Проект», размещенная в Интернете (http://ekoproekt.tiu.ru/p2787961-vodoochistnye-ustanovki.htmle описание товара - прототип), состоящая из буферно-подпиточной емкости, насоса, гидродинамического генератора, сборника твердых осадков, и обеспечивающая обеззараживание и очистку воды средней тяжести микробиологической загрязненности до норм СанПиН для питьевой воды гидродинамическими процессами, аэрации, коагуляции, холодного кипения.

Основными недостатками установки ГДВУ-03 являются небольшая производительность серийно выпускаемых автономных блоков (от 0,5 до 50 м3/час) и ее многофункциональность (обеззараживание, очистка от примесей, сбор твердых осадков), что обусловило необходимость оснащения автономных блоков дорогостоящими резервуарами из нержавеющей стали и автоматическими системами управления технологическими процессами очистки воды. Указанные особенности ГДВУ-03 привели к значительному удорожанию очистки 1 м3 воды, и как следствие, к ограниченному ее использованию.

Целью изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков за счет упрощения и удешевления конструкции установки, повышения надежности и качества обеззараживания воды, обеспечения непрерывного обеззараживания требуемого количества воды за один прогон через кавитационное устройство, генерирующее требуемые для обеззараживания гидродинамические процессы в текущем через него потоке (запрограммированные параметры обеззараживающей взрывной кавитации).

Предложенная установка отличается от известной тем, что в ней обеззараживание воды производят прокачкой 50-5000 м3/час воды через кавитационное устройство, создающее взрывную кавитацию с управляемыми гидродинамическими процессами образования и резонансного дробления микропузырьков газа.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенной установке, содержащей насос, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы, кавитационное устройство состоит из двух прямоточных блоков, каждый из которых содержит последовательно установленные конфузор, цилиндрическую камеру, диффузор, при этом:

- конфузор первого блока имеет угол сужения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =20±5°, длину L=0,08-0,45 м, диаметр выходного сечения d=0,02-0,25 м и предназначен для увеличения скорости потока обеззараживаемой воды до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 25 м/с с одновременным уменьшением статического давления до Р=0,8-0,6 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в двухфазный турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 50 мкм, с критерием Рейнольдса Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105;

- цилиндрическая камера первого блока имеет диаметр проходного сечения d=0,02-0,25 м, длину L=0,05-0,6 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой), и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с, т.е. для создания взрывной кавитации, разрушающей клетки находящихся в воде микроорганизмов (комплексным воздействием гидродинамических процессов - ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п.);

- диффузор первого блока имеет угол расширения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =12±3°, длину L=0,12-0,55 м и предназначен для уменьшения скорости потока с одновременным увеличением статического давления до Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 1 ата с сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде;

- конфузор второго блока имеет угол сужения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =20±5°, длину L=0,07-0,4 м, диаметр выходного сечения d=0,025-0,3 м и предназначен для увеличения скорости потока до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 20 м|с с одновременным уменьшением статического давления до Р=1,0-0,8 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 70 мкм, с критерием Рейнольдса Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105;

- цилиндрическая камера второго блока имеет диаметр проходного сечения d=0,025-0,3 м, длину L=0,06-0,65 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой) и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,5-0,3 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с, т.е. для создания взрывной кавитации, разрушающей клетки находящихся в воде микроорганизмов (комплексным воздействием гидродинамических процессов - ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п.);

- диффузор второго блока имеет угол расширения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =12±3°, длину L=0,12-0,6 м и предназначен для уменьшения скорости потока с одновременным увеличением статического давления до Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 1 ата с сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде.

Размеры элементов блоков кавитационного устройства в предложенной установке рассчитаны на водяные насосы производительностью 50-5000 м3/чac и напором 50-125 м.

На входе в конфузоры блоков кавитационного устройства установки монтированы настроечные устройства, позволяющие изменять (настраивать) при гидропроливках статическое давление потока воды.

Цилиндрические камеры блоков кавитационного устройства установки соединены трубопроводами через дозирующие устройства и запорные краны с источником газа в нескольких местах по длине, например, на входе и выходе потока воды.

Совокупность существенных признаков предложенной установки проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что обеззараживание 50 - 5000 м3/чac воды (в зависимости от ТЗ Заказчика и производительности выбранного серийного насоса) производят с помощью одной установки, надежно, в непрерывном режиме, с минимальными эксплуатационными затратами, без применения экологически опасных химических реагентов. При необходимости обеззараживания в непрерывном режиме большего количества воды (например, 20000 м3/чac) монтируют параллельно работающие установки (например, пять установок с производительностью 5000 м3/чac, из которых четыре работают в непрерывном режиме, а с пятой проводят профилактические или ремонтные работы).

Таким образом, совокупность существенных признаков предложенной установки соответствует критериям «существенные отличия» и «новизна».

Схема предложенной установки приведена на фиг.1,

где КУ - кавитационное устройство;

Б1 - первый блок кавитационного устройства;

Б2 - второй блок кавитационного устройства;

М - манометр;

MB - мановакуумметр.

1. Изготавливаемый промышленностью (серийный) насос, подающий обеззараживаемую воду из источника в кавитационное устройство.

2. Настроечное устройство первого блока кавитационного устройства (например, шайба).

3. Конфузор первого блока кавитационного устройства.

4. Цилиндрическая камера первого блока кавитационного устройства.

5. Диффузор первого блока кавитационного устройства.

6. Настроечное устройство второго блока кавитационного устройства (например, шайба).

7. Конфузор второго блока кавитационного устройства.

8. Цилиндрическая камера второго блока кавитационного устройства.

9. Диффузор второго блока кавитационного устройства.

10. Дозирующее устройство подачи газа в цилиндрическую камеру 4 (например, шайба).

11. Дозирующее устройство подачи газа в цилиндрическую камеру 8.

12. Источник газа (например, атмосферный воздух).

13. Измерительные приборы (манометры, мановакуумметры).

14. Запорные вентили на трубопроводах подачи газа.

15. Запорные вентили на трубопроводах измерительных приборов.

Тип серийного насоса с требуемым расходом и напором выбирают по указанным Заказчиком в ТЗ расходу и температуре обеззараживаемой воды.

По параметрам выбранного насоса, по характеристикам исходной обеззараживаемой воды, по требуемому Заказчиком в ТЗ качеству обеззараживания рассчитывают физические и геометрические параметры элементов блоков кавитационного устройства - давление, скорость, объемное газосодержание потока, параметры вводимого в цилиндрические камеры газа, диаметры подводящих и отводящих трубопроводов, места установки дозирующих устройств газа и их размеры, места установки настроечных устройств и их размеры, углы сужения конфузоров и расширения диффузоров, диаметр и длину цилиндрических камер.

Цилиндрические камеры блоков кавитационного устройства могут быть соединены трубопроводами через дозирующие устройства и запорные краны с источником газа в нескольких местах по длине, например, на входе и выходе потока воды (зависит от размерности установки, качества обеззараживаемой воды, требований ТЗ, других конкретных условий применительно к каждому конкретному случаю).

Диаметр и длину трубопроводов, подводящих исходную воду, и трубопроводов, отводящих обеззараженную воду потребителю, определяют и согласовывают с Заказчиком при согласовании ТЗ и при заключении Договора на расчет, изготовление, монтаж установки.

После изготовления установку гидропроливкой настраивают на рабочие параметры потока воды в кавитационном устройстве (скорость, давление, объемное газосодержание потока воды в различных частях элементов блоков кавитационного устройства).

Монтируют установку на месте использования и подтверждают ее работоспособность на предмет выполнения требований, указанных в ТЗ Заказчика (приемо-сдаточные испытания с контролем параметров по измерительным приборам 13 и лабораторным исследованиям обеззараженной воды).

Обеззараживание воды предложенной установкой производят следующим образом.

Насыщенную атмосферным воздухом воду подают насосом 1 при статическом давлении Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 5 ата, расходом G=50-5000 м3/час в первый блок кавитационного устройства через настроечное устройство 2.

В конфузоре 3 первого блока с углом сужения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =20±5°, длиной L=0,08-0,45 м, диаметром выходного сечения d=0,02-0,25 м увеличивают скорость потока воды до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 25 м/с с одновременным уменьшением статического давления до Р=0,8-0,6 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа (воздуха), что приводит к преобразованию потока воды в двухфазный турбулентный микропузырьковый поток с параметрами: отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды - установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =0,003-0,02; радиус микропузырьков газа Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 50 мкм; критерий Рейнольдса Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105.

Из конфузора 3 образовавшийся в нем турбулентный микропузырьковый поток подают в цилиндрическую камеру 4 с диаметром проходного сечения d=0,02-0,25 м и длиной L=0,05-0,6 м, внутренняя полость которой соединена с источником газа 12 (например, с атмосферным воздухом). Через дозирующее устройство 10 газ из источника 12 подают в камеру 4 в количестве, доводящем отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды до установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =0,2-0,4 и повышающем скорость потока на 20-40% (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с), чем создают взрывную кавитацию с сопутствующими ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п. Комплексным воздействием указанных гидродинамических процессов разрушают клетки находящихся в воде микроорганизмов. Механизм резонансного разрушения клеток микроорганизмов действует по всей длине цилиндрической камеры 4, т.к. запрограммированная (обеспечиваемая конструкцией кавитационного устройства) минимальная скорость потока во входном сечении камеры W=25 м/с является критической (разрушающей) для газовых пузырьков с радиусом R > 50 мкм.

Поскольку скорость потока по длине камеры непрерывно растет за счет уменьшения статического давления от гидродинамических потерь и увеличения газосодержания потока, то резонансному дроблению будут подвергаться газовые пузырьки меньших размеров (R < 50 мкм). В частности, в конце камеры при увеличении скорости потока на 40% (W=35 м/с) критический радиус пузырьков составит Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 30 мкм (резонансному дроблению подвергнутся пузырьки с радиусом R>30 мкм).

Из цилиндрической камеры 4 турбулентный микропузырьковый поток подают в диффузор 5 первого блока с углом расширения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =12±3° и длиной L=0,12-0,55 м, которым уменьшают скорость потока до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 10 м/с (с одновременным увеличением его статического давления до Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 2 ата и сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде).

Из диффузора 5 первого блока поток воды через настроечное устройство 6 подают в конфузор 7 второго блока с углом сужения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =20±5°, длиной L=0,07-0,4 м, диаметром выходного сечения d=0,025-0,3 м, в котором увеличивают скорость потока обеззараживаемой воды до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 20 м/с (с одновременным уменьшением статического давления до Р=1,0-0,8 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа), что приводит к преобразованию потока в турбулентный микропузырьковый поток с параметрами: отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =0,06-0,13, радиус пузырьков газа Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 70 мкм, критерий Рейнольдса Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105;

Из конфузора 7 образовавшийся в нем турбулентный микропузырьковый поток подают в цилиндрическую камеру 8 второго блока, имеющую диаметр проходного сечения d=0,025-0,3 м и длину L=0,06-0,65 м, внутренняя полость которой соединена с источником газа 12. Через дозирующее устройство 11 газ из источника 12 подают в камеру 8 в количестве, доводящем отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды до установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =0,2-0,4 (параметр установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =Qг/Qж) и повышающем скорость потока на 20-40% (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=1,0-0,8 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с), чем создают взрывную кавитацию с сопутствующими ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п. Комплексным воздействием указанных гидродинамических процессов разрушают клетки микроорганизмов.

Из цилиндрической камеры 8 микропузырьковый поток подают в диффузор 9 второго блока с углом расширения установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 =12±3° и длиной L=0,12-0,6 м, которым уменьшают скорость потока до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 10 м/с (с одновременным увеличением его статического давления до Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 1,0 ата и сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде).

Из диффузора 9 обеззараженную воду по трубопроводу подают потребителю.

Элементы конструкции предложенной установки рассчитываются по производительности и напору серийного водяного насоса, выбираемого по ТЗ Заказчика. В настоящей заявке приведены диапазоны характеристик элементов блоков кавитационного устройства для серийных водяных насосов производительностью от 50 до 5000 м3/час и напором 50-125 м.

Создание установки с производительностью более 5000 м3/час возможно, но нецелесообразно по экономическим и эксплуатационным показателям (для обеззараживания большего количества воды выгоднее параллельно смонтировать несколько установок производительностью 5000 м3/час).

Установка ГДВУ-03, выбранная в качестве прототипа, одновременно является хорошим примером, подтверждающим достижение заявленного технического результата. Для обеззараживания воды в предложенной установке, как и в ее прототипе, используются управляемая гидродинамическая кавитация и аэрация обрабатываемой воды. Из доступных научно-технических источников известно (Э.Г.Шапхаев, В.Ж.Цыренов, Е.И.Чебунина. Основы биотехнологии. Дезинтеграция микробных клеток. Улан-Удэ, 2005 г.), что бактерицидная эффективность гидродинамических кавитационных процессов повышается при увеличении скорости потока (Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 20 м/с), уменьшении размеров парогазовых пузырьков (R пузустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 100 мкм), увеличении объемного газосодержания воды (ô=Q г/Qж), повышении степени турбулентности потока (Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105). Значения указанных существенных факторов приведены в описании и в формуле изобретения предложенной установки. Кроме представленных существенных признаков, в предложенной установке задействован механизм непрерывного резонансного дробления парогазовых пузырьков по всей длине цилиндрических камер кавитационного устройства, обеспечивающий интенсификацию процесса дезинтеграции (разрушения) микроорганизмов в направлении движения потока. На основании сравнительно-комплексного анализа принципа работы и характеристик сопоставляемых объектов, заявитель считает, что предложенная установка превосходит прототип (установку ГДВУ-03).

Процесс разрушения клеточных оболочек микроорганизмов в предложенной установке происходит следующим образом.

Обрабатываемая вода под статическим давление Рустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 6 ата поступает на вход конфузора 3 первого блока кавитационного устройства, в котором увеличивается скорость потока до Wустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 25 м/с с одновременным уменьшением статического давления до Р=0,8-0,6 ата с сопутствующим выделением растворенного в воде газа (воздуха), что приводит к преобразованию потока в турбулентный микропузырьковый поток с параметрами: Rпузустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 50 мкм, Reустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 105. Из конфузора 3 поток с указанными параметрами поступает в цилиндрическую камеру 4 первого блока кавитационного устройства, внутренняя полость которой соединена с источником газа 12. Через дозирующее устройство 10 газ из источника 12 поступает в камеру 4 в количестве, доводящем объемное газосодержание воды до ô=0,2-0,4 и повышающем скорость потока на 20-40% (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 0,02 с), чем создают взрывную кавитацию с сопутствующими ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением парогазовых микропузырьков и т.п. Комплексным воздействием указанных гидродинамических процессов разрушают клетки микроорганизмов. При этом все параметры в каждом поперечном сечении потока практически одинаковы по всей длине цилиндрической камеры 4 (за счет турбулентного режима течения).

Аналогичные процессы происходят в конфузоре 7 и цилиндрической камере 8 второго блока кавитационного устройства.

Из приведенного сравнительного анализа следует, что по бактерицидной эффективности предложенная установка не уступает прототипу (Установке ГДВУ-03), что подтверждает достижение заявленного технического результата.

Применение предложенной установки гидродинамической обработки сточных вод вместо химического обеззараживания позволит предохранить окружающую среду от загрязнения ядовитыми химическими реагентами (например, хлором и его соединениями) через сбрасываемые в естественные водоемы сточные воды.

При разработке предложенной установки учитывались результаты следующих научно-технических исследований:

1. Протодьяконов И.О., Люблинская И.Е. Гидродинамика и массовый обмен в системах газ-жидкость. - Л.: Наука, 1990 г.

В работе исследованы условия дробления газовых пузырьков в турбулентном потоке жидкости. Свободные колебания поверхности газового пузыря могут быть вызваны турбулентными пульсациями жидкости, частота которых совпадает с частотой собственных колебаний поверхности пузырька. Условия совпадения частот колебаний приводят к резонансу колебаний поверхности и к последующему дроблению газового пузырька. Если преобладают инерционные и капиллярные силы, а силами вязкости можно пренебречь, то характер процесса дробления газового пузырька полностью определяется значением критерия Вебера We=2Rустановка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 V2/установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 , где R - радиус трубопровода, установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 - плотность жидкости, V - скорость жидкости, установка гидродинамической обработки сточной воды, патент № 2453505 - поверхностное натяжение жидкости.

2. Венгерский Э.В., Морозов В.А., Усов Г.Л. Гидродинамика двухфазных потоков в системах питания ЭУ. - М.: Машиностроение, 1982 г.

В работе показано, что максимальный размер газовых пузырьков в газожидкостном потоке равен предельному, при превышении которого пузырек становится неустойчивым и дробится на более мелкие. Минимальный размер газовых пузырьков обуславливается процессом дробления. Приведены расчетные формулы для определения максимального и минимального размеров газовых пузырьков для случая их дробления турбулентными пульсациями. В частности, максимальный радиус пузырька в большей степени зависит от скорости потока (уменьшается с увеличением скорости потока) и диаметра трубопровода (увеличивается с увеличением диаметра).

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2453505

patent-2453505.pdf

Класс C02F1/64 железа или марганца

способ очистки воды -  патент 2525177 (10.08.2014)
способ обезжелезивания минеральных питьевых вод, разливаемых в бутылки -  патент 2503626 (10.01.2014)
устройство для обезжелезивания подземных вод -  патент 2501740 (20.12.2013)
способ выделения железа из кислого водного раствора -  патент 2493110 (20.09.2013)
способ очистки подземных вод от устойчивых форм железа -  патент 2492147 (10.09.2013)
экстракция ионов железа из водных растворов растительными маслами -  патент 2491977 (10.09.2013)
способ очистки промышленных сточных и питьевых вод на глауконите от катионов железа (ii) -  патент 2483027 (27.05.2013)
способ очистки от железа кислых растворов солей, содержащих нитрат алюминия -  патент 2480413 (27.04.2013)
способ очистки подземных вод от железа -  патент 2466942 (20.11.2012)
способ очистки подземных вод от железа и марганца и малогабаритная установка для его осуществления -  патент 2442754 (20.02.2012)

Класс C02F1/74 воздухом

Наверх