Установка для озонирования воды

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЗОНИРОВАНИЯ ВОДЫ(71) Заявитель Дмитриев Сергей Михайлович(72) Автор Дмитриев Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Дмитриев Сергей Михайлович(57) 1. Установка для озонирования воды, содержащая колонну с контактными элементами, входной штуцер для впуска рабочего газа и выходной штуцер для выпуска отработанного газа, входной патрубок для ввода воды в колонну и выходной патрубок для вывода 16387 1 2012.10.30 воды из нее, насос, соединенный с входным патрубком, компрессор, к выходу которого подключен вход блока генерации озоновоздушной смеси, вход которого соединен с входным штуцером, отличающаяся тем, что колонна дополнительно снабжена промежуточной емкостью-накопителем для водного концентрата озона и выполнена в виде градирни с одним, или двумя, или более аэродинамическими каскадами смешения озона с водой, в каждом из которых смонтирован входной патрубок с капельно-оросительным каналом,размещенным в форме спирали на внешней поверхности конуса градирни с возможностью ввода воды в виде капель в объем, заполненный контактными элементами контактные элементы выполнены из материала со сквозной пористостью с образованием слоистой спиральной структуры с центральным каналом, слои которой разделены друг от друга газонепроницаемой перегородкой, при этом верхний конец центрального канала связан с выходным штуцером для выпуска отработанного газа, а его нижний конец соединен с выходным патрубком для вывода воды из колонны в промежуточную емкость-накопитель,при этом последняя подсоединена трубопроводом к насосу с возможностью рециркуляции водного концентрата озона по замкнутому контуру колонна с контактными элементами промежуточная емкость-накопитель, причем в днище промежуточной емкости-накопителя вмонтирован выпускной патрубок, подсоединенный посредством запорного вентиля к элементу магистрального водопровода, содержащего патрубок с запорным краном для подачи воды в промежуточную емкость-накопитель и проточный смеситель водного концентрата озона с водой блок генерации озоновоздушной смеси выполнен на основе высокочастотного генератора озона с возможностью работы в резонансном режиме, который содержит средство отсечения положительного или отрицательного полупериода электрического сигнала, подаваемого на активный электрод синтеза озона. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что контактные элементы выполнены из материала, содержащего устойчивые к воздействию озона синтетические волокна, например синтипона. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что газонепроницаемая перегородка между слоями спиральной структуры контактных элементов выполнена из пластмассы, устойчивой к воздействию озона, например полиэтилентерефталата. Изобретение относится к области водоподготовки и предназначено для окисления(обеззараживания, осветления, дезодорирования) питьевой воды путем обработки озоном в системах водоснабжения, а также дезинфекции оборотной воды бассейнов и для очистки сточных вод промышленных предприятий. Известны устройство и способ очистки жидкости озоном и рециркуляцией 1. Устройство содержит по меньшей мере одну установку озонирования жидкости озоном и физически отделенный резервуар для хранения очищенной жидкости, соединенный гидравлически с установкой озонирования. Устройство снабжено средством рециркуляции для обработанной озоном жидкости из резервуара-хранилища по линии рециркуляции,которая снабжена по меньшей мере одним устройством фильтрации. Линия рециркуляции образует часть гидравлического соединения между установкой озонирования и резервуаром-хранилищем. Устройство снабжено насосом и средством управления для рециркуляции жидкости для обеспечения заданного режима удаления загрязнений путем фильтрации на активированном оксиде алюминия и дополнительно на активированном угле с возможностью очистки от соединений мышьяка и/или фторидов. Устройство обеспечивает в режиме реакции и хранения неочищенной воды обработку озоном в реакторе в течение заданного времени. Затем вода насосом перекачивается через фильтры и хранится в резервуаре в режиме периодического озонирования и рецикла, при этом вода подвергается обработке озоном в течение заданного времени и перемещается по замкнутому кругу из резервуара через фильтры и снова в резервуар. 2 16387 1 2012.10.30 Недостатками известного устройства являются высокие энергетические затраты на производство озона и неэффективность его использования в процессе озонирования жидкости. Известны способ и устройство для производства воды с высокой концентрацией озона 2. Устройство включает электролитическую ячейку с эффективной площадью 90 см 2, в которую помещены диафрагма из Нафиона (производство компании), представляющая собой твердый электролит из порошкового диоксида свинца, контактирующая с анодом, и порошок серебра, контактирующий с катодом с возможностью образования твердой электролитической ячейки, которая в свою очередь заполняется литром чистой воды. При пропускании через ячейку электрического тока плотностью 100 А/дм 2 выделяется газовая смесь озона и кислорода, при этом выделяется 4 г/час озона. Высокая концентрация озона в воде достигается путем взаимодействия газа, содержащего озон, с маленькими потоками воды путем растворения озона в струях воды. Озонированная таким образом вода приобретает более высокую концентрацию озона, чем это возможно при использовании традиционных устройств и способов. Недостатками известного технического решения являются высокие затраты на производство твердого электролита и затраты электрической энергии на электролиз для производства азота. Известны также другие методы и устройства, для очистки воды путем обработки озоном с 3, 4, 5. Так, в установке 3 для реализации способа используются многоствольный эжектор с цилиндрическим участком, диффузором и соплом, патрубки подвода обрабатываемой воды, камера смешения воды с озоном, емкость-дозатор для ввода коагулянта с запорным клапаном и трубопроводом подачи, а также емкость с запорным клапаном и трубопроводом для флокулянта. В процессе работы озонатора воду с озоновоздушной смесью разгоняют до сверхзвуковой скорости с последующим торможением до дозвуковой скорости при переходе ее через скачок уплотнения. В зону смешения подают коагулянт, а после торможения смесь вновь разгоняют и вводят флокулянт, затем воду сливают в резервуар и отстаивают. Объемная концентрация озоновоздушной смеси составляет 0,35-0,65. Недостатками такого технического решения являются низкая производительность установки и большой расход реагентов, что повышает эксплуатационные расходы на реализацию способа. Наиболее близка по технической сущности к предлагаемому изобретению установка для насыщения воды озоном методом окисления, которая выбрана в качестве прототипа 4. Установка включает контактную колонну с входным/выходным штуцерами для впуска/выпуска рабочего/отработанного газа. Входной/выходной патрубки для ввода/вывода воды в контактную колонну и из нее, а также насос, соединенный с входным патрубком контактной колонны и компрессор. К выходу компрессора подключен вход блока генерации озоновоздушной смеси, выход которого соединен с входным штуцером, расположенным в нижней части контактной колонны. Контактная колонна частично заполнена контактными элементами в виде колец. Входной патрубок размещен в верхней части контактной колонны, а выходной патрубок размещен в нижней части контактной колонны. Соотношение расходов воды в и газа г выбрано согласно пропорции вг(0,05-0,5)1, при этом контактные элементы выбраны в виде колец Рашига, а их размер увеличивается по мере удаления от стенок и от дна контактной колонны. Поверхность контактных элементов обладает каталитическими свойствами окисления примесей озоном, обеспечивает ускоренный переход озона в воду и дополнительно повышает эффективность процесса массообмена. Недостатками прототипа являются низкая производительность и повышенная энергоемкость установки. Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности процесса озонирования воды. 3 16387 1 2012.10.30 Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного действия установки за счет более полного перевода озона в водный концентрат, увеличение надежности установки и снижение эксплуатационных затрат на ее обслуживание. Технический результат достигается тем, что установка для озонирования воды, содержащая колонну с контактными элементами, входной штуцер для впуска рабочего газа и выходной штуцер для выпуска отработанного газа, входной патрубок для ввода воды в колонну и выходной патрубок для вывода из нее, насос, соединенный с входным патрубком, компрессор, к выходу которого подключен вход блока генерации озоновоздушной смеси, вход которого соединен с входным штуцером, согласно изобретению, колонна дополнительно снабжена промежуточной емкостью-накопителем для водного концентрата озона и выполнена в виде градирни с одним или двумя, или более аэродинамическими каскадами смешения озона с водой, в каждом из которых смонтирован входной патрубок с капельно-оросительным каналом, размещенным в форме спирали на внешней поверхности конуса градирни с возможностью ввода воды в виде капель в объем, заполненный контактными элементами контактные элементы выполнены из материала со сквозной пористостью с образованием слоистой спиральной структуры с центральным каналом, слои которой разделены друг от друга газонепроницаемой перегородкой, при этом верхний конец центрального канала связан с выходным штуцером для выпуска отработанного газа, а его нижний конец соединен с выходным патрубком для вывода воды из колонны в промежуточную емкость-накопитель, при этом последняя подсоединена трубопроводом к насосу с возможностью рециркуляции водного концентрата озона по замкнутому контуру колонна с контактными элементами - промежуточная емкость-накопитель, причем в днище промежуточной емкости-накопителя вмонтирован выпускной патрубок, подсоединенный посредством запорного вентиля к элементу магистрального водопровода, содержащего патрубок с запорным краном для подачи воды в промежуточную емкость-накопитель и проточный смеситель водного концентрата озона с водой блок генерации озоновоздушной смеси выполнен на основе высокочастотного генератора озона с возможностью работы в резонансном режиме, который содержит средство отсечения положительного или отрицательного полупериода электрического сигнала, подаваемого на активный электрод синтеза озона. Контактные элементы выполнены из материала, содержащего устойчивые к воздействию озона синтетических волокна, например синтипона. Газонепроницаемая перегородка между слоями спиральной структуры контактных элементов выполнена из пластмассы, устойчивой к воздействию озона, например, полиэтилентерефталата. Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-5. На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки. На фиг. 2 - поперечное сечение сборки с контактным элементом. На фиг. 3 - фрагмент продольного сечения сборки с контактным элементом. На фиг. 4 - принципиальная электрическая схема блока генерации озоновоздушной смеси. На фиг. 5 - вид формы сигнала, подаваемого на электроды генератора блока генерации озона. Установка 1 включает колонну 2 в виде градирни 3 с аэродинамическими каскадами 4 конической формы, фильтр-нейтрализатор 37 озона, размещенный в верхней части колонны 2, контактные элементы 5 из материала 6 со сквозной пористостью, например синтипона с образованием слоистой спиральной структуры 7 с водонепроницаемой перегородкой 8 из полиэтилентерефталата и центральным каналом 9, входной 10 и выходной 11 штуцеры,входной патрубок 12 с капельно-оросительным каналом 13 в форме спирали, смонтированный на внешней поверхности 14 конуса аэродинамических каскадов 4 градирни 3,выпускной патрубок 15 для вывода озоновоздушной смеси 16 из колонны 2, выходной па 4 16387 1 2012.10.30 трубок 36 для вывода воды из колонны 2 в промежуточную емкость-накопитель 21, запорный вентиль 17, подключенный к элементу 18 магистрального водопровода, патрубок 19 с запорным краном 20 для подачи воды в промежуточную емкость-накопитель 21, выпускной патрубок 22, проточный смеситель 23, насос 24, соединенный с входным патрубком 12,компрессор 25, к выходу которого подключен вход 26 блока генерации 27 озоновоздушной смеси, выход 28 которого соединен с входным штуцером 10 высокочастотный генератор озона 29 блока генерации 27 включает средство отсечения отрицательного (или положительного) полупериода напряжения - диод 30 и средство удвоения напряжения на электродах 31 в виде фильтрующего накопительного конденсатора 32, который через диод 30 подключен к вторичной обмотке 33 высоковольтного трансформатора. Установка 1 работает следующим образом. Посредством блока управления 34 приводят в готовность узлы установки 1, при этом из магистрального водопровода по патрубку 19 через запорный кран 20 заполняют водой промежуточную емкость-накопитель 21,включают блок генерации 27 и на электроды 31 высокочастотного генератора озона 29 подают электрическое напряжение порядка 6000 В. Через воздушный фильтр 35 компрессором 25 в блок генерации 27 нагнетают атмосферный воздух, где под действием электрического поля происходит ионизация кислорода воздуха с образованием озоновоздушной смеси с содержанием озона 325 г/м 3. Далее насосом 24 из промежуточной емкостинакопителя 21 через входной патрубок 12 воду подают в капельно-оросительный канал 13 в форме спирали, заполненной контактными элементами 5 и смонтированной на внешней поверхности 14 конуса аэродинамических каскадов 4 градирни 3. Контактные элементы 5,выполненные из материала 6 со сквозной пористостью, свернутого в слоистую спиральную структуру 7, обеспечивают эффективное насыщение воды озоном 3 при смешении ее с озоновоздушной смесью. При этом вода через входной штуцер 10 поступает в слоистую спиральную структуру 7 по спиральным каналам, сформированным разделением ее водонепроницаемой перегородкой 8, благодаря чему существенно возрастает время взаимодействия озоновоздушной смеси с водой, которая поступает в спиральные каналы структуры 7 в виде мельчайших капель с высокой удельной поверхностью. Насыщенная озоном вода по центральному каналу 9 слоистой спиральной структуры 7 через выходной патрубок 36 выводится из колонны 2 в промежуточную емкость-накопитель 21, а отработанная озоновоздушная смесь 16 по центральному каналу 9 через фильтр-нейтрализатор 37 озона, выходной штуцер 11 и далее выпускной патрубок 15 выводится в атмосферу. Насыщение воды озоном производят до концентрации порядка 1 г/л путем ее рециркуляции по замкнутому контуру колонна 2 с контактными элементами 5 - промежуточная емкость-накопитель 21 посредством перекачивания насосом 24. Из емкости-накопителя 21 готовый водный концентрат озона через выпускной патрубок 22 и запорный вентиль 17 направляют в элемент 18 магистрального водопровода с проточным смесителем 23, посредством которого осуществляют смешение и озонирование воды в магистральном водопроводе. Эффективность насыщения воды озоном существенно повышается также вследствие выполнения высокочастотного генератора озона 29 блока генерации 27 со средством отсечения одного полупериода напряжения - диодом 30 и средством удвоения напряжения на электродах 31 в виде фильтрующего накопительного конденсатора 32. При этом подключают диод 30 к вторичной обмотке 33 высоковольтного трансформатора и обеспечивают отсечение полупериода (положительного или отрицательного) сигнала, подаваемого на один из активных электродов 31 генератора озона 29. Включение в схему генератора озона 29, фильтрующего накопительного конденсатора 32 обеспечивает удвоения напряжения до 12000 на электродах 31 генератора озона 29 (см. фиг. 5), при этом схема работает на резонансной частоте, определяемой по формуле 1/, где- индуктивность вторичной обмотки трансформатора,- суммарная емкость фильтрующего накопительного конденсатора 32 и конденсатора, образованного электродами 31. Указанное выполне 5 16387 1 2012.10.30 ние электронной схемы блока генерации 27 повышает КПД генератора озона 29 и в целом позволяет существенно улучшить эффективность работы установки озонирования воды. Источники информации 1.2006/089840, 2003. 2.0430904 1, 1991. 3.2225846 2, 2004. 4.2062754 , 1996. 5.2096342 , 1997. 6.2214370 , 2003 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6