RU156915U1 - Устройство для очистки и обеззараживания воды - Google Patents

Abstract

1. Устройство для очистки и обеззараживания воды, содержащее рабочую камеру, установленную внутри камеры ультрафиолетовую лампу, систему подачи воды и воздуха в камеру, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, внутри которого расположена ультрафиолетовая лампа с зазором между стенкой камеры и колбой лампы, а в донной части камеры установлен гидродинамический генератор колебаний проточного типа, имеющий смесительную камеру с тангенциальными и осесимметричным каналами, к которым соответственно подведены водный и воздушные трубопроводы, обеспечивающие подачу воды и воздуха от наружных водного насоса и воздушного компрессора, при этом колба лампы выполнена из кварцевого стекла, заполнена инертным газом и имеет осесимметричную форму, внутри которой по оси колбы расположены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки, образующие воздушный канал от компрессора к наружному воздушному трубопроводу, соединяющийся с гидродинамическим генератором, причем наружная трубка, выполненная из кварцевого стекла, имеет в нижней части заглушку в виде фторопластовой пробки, а в верхней части соединена с наружным воздушным трубопроводом, причем внутренняя трубка, подводящая потенциал к сетчатому электроду лампы, выполнена из токопроводящего материала и одним концом на входе соединена с воздушным компрессором.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ультрафиолетовой лампы использована эксимерная ксеноновая лампа.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем использован чисто атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему

Description

Устройство предназначено для обработки воды при совместном действии ультрафиолетового (УФ) излучения и озона с целью обеззараживания воды и удаления растворенных органических и неорганических примесей. Устройство может быть использовано для очистки сточных и природных вод, в том числе для получения питьевой воды.

Известно устройство для обработки воды путем ее подачи в аппарат, содержащий бактерицидную лампу УФ-излучения с преимущественной энергией излучения на длине волны 254 нм и защитный кварцевый чехол, установленный коаксиально с лампой (Патент RU, 2042637, C02F 1/32, C02F 1/78, 1993). При работе устройства в воздушном пространстве между лампой и чехлом образуется озон, который через эжектор поступает в воду. Недостатком этого способа является низкая эффективность образования озона, поскольку УФ-излучение с длиной волны 254 нм не способно генерировать озон, а, наоборот, приводит к разрушению озона. В ртутных бактерицидных лампах низкого давлении в образовании озона участвует излучение с длиной волны 185 нм, интенсивность излучения которого в 10 раз меньше, чем интенсивность излучения на длине волны 254 нм. Кроме того, ввод в воду озоно-воздушной смеси эжектированием дает малую поверхность раздела газовой и жидкой фаз и не обеспечивает высокой скорости растворения озона в воде.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является устройство для обработки водных сред при помощи источника УФ-излучения, помещенного в обрабатываемую среду и представляющего собой вакуумную ультрафиолетовую лампу на барьерном разряде (Патент RU, 2142915, C02F 1/32, 1999). При этом может быть использована лампа, наполненная ксеноном, излучающая ультрафиолет с длиной волны в области 172 нм. Обработку водной среды ведут при подаче в кольцевой зазор между лампой и внутренней стенкой реактора воздуха, инертного газа или смеси инертных газов под давлением. При обычной продувке воды газами не достигается большая величина поверхности раздела фаз, необходимая для физико-химического взаимодействия газов и воды. В таких условиях вследствие значительного поглощения водой ультрафиолета с длиной волны в области 172 нм нельзя рассчитывать на образование озона в пузырьках воздуха.

Рассматриваемой технической задачей является разработка относительно экономичного и простого устройства с использованием ультрафиолетовой эксимерной ксеноновой лампы, обеспечивающего обеззараживание воды действием ультрафиолетового излучения и эффективную генерацию озона в пузырьках вводимого в воду воздуха для очистки воды при высокоразвитой поверхности раздела газовой и жидкой фаз.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для очистки и обеззараживания воды озоном и ультрафиолетом содержит вертикальную цилиндрическую камеру, внутри которой установлена ультрафиолетовая лампа с кольцевым зазором между лампой и стенкой камеры. В донной части камеры установлен вихревой гидродинамический генератор колебаний проточного типа с волновым генератором для приготовления водно-воздушной смеси и подачи ее в кольцевой зазор. К генератору присоединены трубопроводы подвода воды и пропуска воздуха (или воздуха с насыщением кислорода), который предварительно проходит через внутреннюю полость ультрафиолетовой лампы для генерации озона. В корпусе генератора выполнены тангенциальные и осесимметричный каналы для подачи соответственно воды и воздуха, обеспечивающие образование газодинамического потока с окружной скоростью на выходе генератора с траекторией воздушных пузырьков, обтекающей поверхность лампы, которая имеет спиралевидный характер, при этом время облучения пузырьков воздуха увеличивается и, соответственно, возрастает концентрация в них озона. Тангенциальных отверстий может быть несколько. Обычно от двух до четырех. К тангенциальным отверстиям подводится вода по трубопроводам от насоса. К осевому каналу генератора поступает воздух (или воздух с насыщением кислорода) от компрессора через коаксиальные трубки, расположенные в центральной полости лампы.

Возбуждение колебаний давления в камере генератора приводит к ускорению процесса растворения озона в воде. В предлагаемом устройстве использована эксимерная ксеноновая лампа, содержащая осесимметричную кварцевую, заполненную инертным газом колбу, по оси которой установлены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки, образующие воздушный канал от компрессора к наружному трубопроводу гидродинамического генератора, при этом наружная трубка выполнена из кварцевого стекла и в нижней части имеет заглушку в виде полиэтиленовой пробки, По внутренней трубке, выполненной из токопроводящего материала, подается напряжение питания на сетчатый электрод лампы на наружной трубке через расположенные между ними перемычки. При пропускании воздуха через коаксиальные трубки обеспечивается интенсивное образование озона при одновременном охлаждении электрода лампы. В качестве агента воздуха может быть использован атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему. Подача воды к гидродинамическому компрессору осуществляется под давлением с помощью насоса.

На фиг. 1 представлена схема устройства;

На фиг. 2 - гидродинамический генератор.

Устройство для очистки и обеззараживания воды озоном и ультрафиолетом представляет собой вертикальную цилиндрическую камеру 1 (фиг. 1), внутри которой установлена ультрафиолетовая лампа 2 с кольцевым зазором между лампой и стенкой камеры. В донной части камеры 1 установлен вихревой гидродинамический генератор колебаний проточного типа 3 для приготовления водно-воздушной смеси и подачи ее в кольцевой зазор. Лампа 2 имеет осесимметричную кварцевую колбу 4, заполненную инертным газом, внутри по оси колбы расположены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки 5 и 6, образующие воздушный канал от компрессора 7 через наружный воздушный трубопровод 8 к гидродинамическому генератору 3. Наружная трубка 6, выполненная из кварцевого стекла, имеет в нижней части заглушку 9 в виде фторопластовой пробки. По трубке 5 подается напряжение питания на внутренний сетчатый электрод лампы на стенке трубки 6 через расположенные между ними перемычки. Другой полюс питания подключен к цилиндрической камере 1. К вихревому генератору 3 присоединены трубопроводы подвода воды 10 и подачи воздуха 8. В корпусе генератора выполнена смесительная камера 11 (фиг. 2), в которую выведены тангенциальные 12 (в количестве 2-4) и осесимметричный 13 каналы для подачи соответственно воды и воздуха. В качестве рабочего агента воздуха может быть использован атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему. Подача воды к гидродинамическому генератору осуществляется под давлением с помощью насоса 14 по трубопроводу 10. В предлагаемом устройстве использована эксимерная ксеноновая лампа, излучающая ультрафиолет с длиной волны в области 172 нм.

Устройство работает следующим образом. Подлежащая очистке вода насосом 14 через тангенциальные отверстия 12 подается в вихревую камеру 11 гидродинамического генератора колебаний 3. В смесительную камеру 11 подается воздух через осесимметричный канал 13. Подача воздуха к гидродинамическому генератору 3 осуществляется от компрессора 7 через коаксиальные трубки 5 и 6, наружный трубопровод 8 в канал 13. Вследствие закрутки воды в вихревой камере в ее центральной части образуется разряжение, приводящее к кавитации и колебаниям давления в жидкости. В воздухе, подаваемом в вихревую камеру от компрессора или (и) в результате разряжения в вихревой камере, при его прохождении через центральную полость лампы под действием ультрафиолетового излучения образуется озон. Колебания давления в вихревой камере, продолжающиеся и за ее пределами, способствуют диспергации воздуха в воде и интенсификации процесса растворения озона в воде.

Водно-воздушная смесь, поднимаясь вверх, омывает колбу 4 ультрафиолетовой лампы 2. При этом под действием ультрафиолетового излучения происходит дополнительное превращение кислорода, содержащегося в пузырьках, в озон, растворение озона в воде, сопровождающееся окислением органических загрязнений, и дезинфекция воды ультрафиолетовым излучением. Тем самым достигается комплексная очистка и обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением и озоном. Для увеличения эффективности утилизации ультрафиолета, внутренние стенки рабочего цилиндра полируются для образования цилиндрического зеркала.

В заявленном устройстве используется ультрафиолетовая лампа коаксиальной конструкции с внешней (колба 4) и внутренней (трубка 6) стенками. Перед поступлением воздуха в гидродинамический генератор воздух проходит через кольцевую полость трубки 6 ультрафиолетовой лампы и вследствие его облучения ультрафиолетом происходит образование озона. В результате повышается эффективность озонирования воды, так как в объеме смесительной камеры 11 предварительно обогащенный озоном воздух будет ускоренно растворяться в закрученном водяном потоке благодаря протеканию интенсивных волновых процессов. А после выхода пузырьков воздуха из смесительной камеры в кольцевом зазоре между корпусом и внешней оболочки лампы будут параллельно происходить два дополняющих друг друга процесса: образование озона из кислорода в пузырьках воздуха под воздействием ультрафиолетового облучения и растворение озона в воде в кольцевом зазоре между наружной цилиндрической стенкой эксимерной лампы и стенкой корпуса. В результате происходит двукратное облучение ультрафиолетом кислорода воздуха и интенсивное растворение озона из потока воздуха в закрученном потоке воды.

Claims (4)

1. Устройство для очистки и обеззараживания воды, содержащее рабочую камеру, установленную внутри камеры ультрафиолетовую лампу, систему подачи воды и воздуха в камеру, отличающееся тем, что рабочая камера выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, внутри которого расположена ультрафиолетовая лампа с зазором между стенкой камеры и колбой лампы, а в донной части камеры установлен гидродинамический генератор колебаний проточного типа, имеющий смесительную камеру с тангенциальными и осесимметричным каналами, к которым соответственно подведены водный и воздушные трубопроводы, обеспечивающие подачу воды и воздуха от наружных водного насоса и воздушного компрессора, при этом колба лампы выполнена из кварцевого стекла, заполнена инертным газом и имеет осесимметричную форму, внутри которой по оси колбы расположены вставленные одна в другую две коаксиальные трубки, образующие воздушный канал от компрессора к наружному воздушному трубопроводу, соединяющийся с гидродинамическим генератором, причем наружная трубка, выполненная из кварцевого стекла, имеет в нижней части заглушку в виде фторопластовой пробки, а в верхней части соединена с наружным воздушным трубопроводом, причем внутренняя трубка, подводящая потенциал к сетчатому электроду лампы, выполнена из токопроводящего материала и одним концом на входе соединена с воздушным компрессором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ультрафиолетовой лампы использована эксимерная ксеноновая лампа.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем использован чисто атмосферный воздух или воздух с содержанием кислорода от 5 до 100% по объему.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в смесительной камере гидродинамического генератора выполнены 2-4 тангенциальных канала.

Images