Результат интеллектуальной деятельности: ТРЕХСЕКЦИОННЫЙ КОНТАКТНЫЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ ОЗОНОМ

Изобретение относится к технике обработки воды озонированием и может быть использовано, в частности, для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, для дезинфекции оборотной воды бассейнов.

Из уровня техники известна установка для озонирования воды, содержащая систему подготовки воздуха, соединенную с генератором озона, источник электропитания, реакционную емкость в виде контактного резервуара, разделенного на отдельные секции вертикальными поперечными перегородками, поочередно примыкающими ко дну контактного резервуара и перегородками, установленными с зазором относительно дна, обеспечивающими последовательное перетекание воды из секции в секцию от входа в контактный резервуар к выходу из него, в нижней части каждой секции установлены диспергаторы озоно-воздушной смеси, сообщенные с генератором озона, систему деструкции остаточного озона, волновой генератор или устройство для возбуждения ударных волн, размещенные в нижней части секции контактного резервуара, которые могут быть объединены в отдельные модули контейнерного типа (Патент РФ №2169122, C02F 1/78, опубл. 2001).

К недостаткам известной установки относится то, что направление движения воды в секциях происходит не параллельно стенкам, а по диагонали, что обусловлено конструкцией межсекционных перегородок (Фиг.1), тогда как исходное направление движения пузырьков озоно-воздушной смеси снизу вверх.

Вследствие этого в каждой секции контактного резервуара образуются по две угловые застойные зоны с круговой циркуляцией воды и пузырьков озоно-воздушной смеси.

В застойных зонах повышается концентрация растворенного в ней озона, вследствие чего в этих местах выход озона из пузырьков озоно-воздушной смеси замедляется, а концентрация остаточного озона в газовой подушке секции увеличивается.

Кроме того, при направлении потока воды по диагонали снижается площадь поперечного сечения ядра потока и уменьшается время пребывания воды в реакционной зоне секции.

Из уровня техники также известна установка для озонирования воды, содержащая компрессор, к выходу которого подключена система подготовки воздуха, соединенная с входом блока генерации озона, к выходу которого подключены входы формирующих пузырьки озоно-воздушной смеси диспергаторов, размещенных в нижней части контактного бассейна, который разделен на N секций с помощью N-1 поперечных вертикальных перегородок, причем перегородки с четным порядковым номером примыкают ко дну бассейна, поперечные вертикальные перегородки с нечетным порядковым номером имеют высоту больше уровня воды в контактном бассейне, вход для воды размещен в верхней части первой секции, а выход для воды - в последней секции, отличающаяся тем, что поперечные вертикальные перегородки с четным порядковым номером имеют высоту больше уровня воды в контактном бассейне, перегородки с нечетным порядковым номером примыкают ко дну бассейна, в верхней части секций с номерами n>1 расположены дополнительные входы для воды, выход для воды связан с дополнительными выходами для воды, размещенными в нижней части секций с номерами n=1…, N-1 (Патент РФ №2214369, C02F 1/78, опубл. 2003).

Эта установка имеет тот же недостаток, что и установка по патенту РФ №2169122. Вода в секциях движется также по диагонали, только направление движения воды в секциях изменены на противоположные в сравнении с установкой по упомянутому патенту (см. Фиг.2).

Наиболее близким аналогом изобретения, взятым за прототип, является установка для озонирования воды, включающая систему предварительной подготовки воздуха, источник электропитания, генератор озона, сообщенный с диспергаторами озоно-воздушной смеси, установленными в придонной части секции контактного резервуара, систему подачи воды, сообщенной с источником обрабатываемой воды, отводной трубопровод для очищенной воды и систему для последовательного перетекания обрабатываемой воды из секции в секцию, содержащую межсекционные перегородки поочередно примыкающие ко дну контактного резервуара и перегородки, установленные с зазорами относительно дна (Патент РФ №2207985, C02F 1/78, опубл. 2007).

К недостаткам данной установки относится то, что поток воды в секциях контактного резервуара движется по диагонали, а исходный поток озоно-воздушной смеси имеет вертикальное направление снизу вверх, в результате чего возникают угловые застойные зоны с местной круговой циркуляцией воды с растворенным в ней озоном, что приводит к неравномерному распределению водного потока по поперечному сечению каждой секции контактного резервуара. По этой причине расчетное время пребывания в зоне обработки озоном для диагонального потока воды сокращается, а для циркулирующей части воды - увеличивается, что снижает степень очистки воды в целом.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение заданного движения потока воды в каждой секции контактного резервуара (противоток воды и озоно-воздушной смеси в первой и третьей секциях, спутный поток - во второй секции), при последовательном перетекании воды из секции в секцию, и равномерного распределения ее по поперечному сечению каждой секции контактного резервуара.

Решение указанной задачи достигается тем, что в трехсекционном контактном резервуаре для обработки воды озоном, включающем: три сообщающиеся между собой герметичные реакционные емкости, выполненные предпочтительно из бетона каждая в виде параллелепипеда, расположенные между напорным отсеком, соединенным с источником обрабатываемой воды, и сливным отсеком, имеющим отвод для подачи воды потребителю, а также оборудованный системой подачи озоно-воздушной смеси в каждую реакционную секцию и ее диспергирования в воду, систему отведения и деструкции остаточного озона в озоно-воздушной смеси дополнительно между второй - 2 и третьей - 3 секциями (см. Фиг.3) установлен межсекционный перепускной отсек - 6 с перегородкой посередине - 7, в нижней части которой выполнен сквозной канал - 19, и каждая секция контактного резервуара дополнительно оборудована перфорированными трубами, заглушенными с одного торца, одна группа из них установлена вверху под уровень горизонта воды в секции - 8, 9, 10, а другая группа - 11, 12, 13 установлена у дна секции ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси - 16, 17, 18, при этом открытые торцы труб, установленных вверху у горизонта воды первой секции - 1, сообщены с напорным отсеком - 4, а открытые торцы придонных труб первой секции - 11 состыкованы с придонными трубами второй секции - 12, открытые торцы труб - 9 и 10, установленных под уровень воды второй и третьей секции - 2, 3, сообщены с полостями межсекционного перепускного отсека - 6, а открытые торцы придонных труб - 13 третьей секции - 3 сообщены со сливным отсеком - 5.

Межсекционный перепускной отсек - 6 с перегородкой посередине - 7, выполнен из двух параллельных стенок, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,8…1,4 м, высотой выше уровня воды в секциях - 2 и 3.

Отверстия перфорации в трубах - 8, 10, 11, 12, 13 для прохода воды выбраны диаметром 20…25 мм, а суммарная площадь отверстий в трубах отдельных секций, установленных под уровень горизонта воды - 8, 9, 10 и у дна секций - 11, 12, 13, равна 0,01…0,02 площади поперечного сечения секции резервуара.

На каждом уровне в каждой группе труб их оси установлены параллельно друг другу и размещены с шагом равным от 17 до 25% глубины погружения диспергаторов в секции.

Установленные в верхней части секции - 2, заглушенные с одного торца перфорированные трубы - 9 (см. Фиг.3), могут быть выполнены с одним продольным рядом прямоугольных окон - 2 (см. Фиг.5) с каждой боковой стороны с соотношением высоты окон к ширине 2:1, а суммарная ширина окон в одном ряду равна половине рабочей длины трубы, при этом в зоне расположения окон поверхность трубы выполнена плоской, и каждый ряд окон снабжен накладной рейкой с прямолинейной верхней рабочей кромкой с возможностью установки рабочей кромки параллельно и ниже уровня воды в секции на заданной глубине с обеспечением равенства расходов через единичное окно.

Выполнение перфорированных труб для распределения обрабатываемой воды между секциями контактного резервуара с накладками на прямоугольные отверстия, регулирующими толщину слоя воды над переливной кромкой повышает степень равномерности распределения потоков воды по поперечному сечению секции контактного резервуара и, в конечном счете, увеличивает эффективность процесса озонирования воды.

В придонной части каждой секции контактного резервуара ниже диспергаторов озоно-воздушной смеси вместо придонных перфорированных труб - 11, 12, 13 (см. Фиг.3) могут быть установлены горизонтальные перфорированные перегородки 20, 21, 22 (см. Фиг.4) с диаметром отверстий 20…25 мм, причем суммарная площадь отверстий в перегородках составляет 0,01…0,02 площади поперечного сечения секции, а в стенках первой и третьей секции выполнены сквозные каналы - 23, 24, расположенные ниже горизонтальных перфорированных перегородок.

Трехсекционный контактный резервуар поясняется чертежами. На Фиг.1 изображена схема смены направления потока воды на противоположное при ее перетекании из секции в секцию и схема течения воды в каждой секции в трехсекционном контактном резервуаре, принятом за прототип. Стрелками показаны направления движения воды.

На Фиг.2 изображена схема смены направления потока воды на противоположное при ее перетекании из секции в секцию и схема течения воды в каждой секции в трехсекционном контактном резервуаре с дополнительным вводом воды по патенту РФ №2214369.

На Фиг.3 изображена конструктивная схема предлагаемого трехсекционного контактного резервуара, где цифрами обозначены: 1, 2, 3 - секции контактного резервуара, 4 - напорный отсек, 5 - сливной отсек, 6 -перепускной межсекционный отсек, 7 - перегородка в межсекционном перепускном отсеке, 8, 9, 10 - перфорированные трубы верхнего уровня, 11, 12, 13 - перфорированные придонные трубы, 14 - входное отверстие для подачи воды, 15 - выходное отверстие для слива воды, 16, 17, 18 - диспергаторы озоно-воздупшой смеси, 19 - сквозной канал в перегородке для прохода воды в перепускном отсеке. Полыми стрелками показаны направления движения потока озоно-воэдушной смеси, а простыми стрелками направления движения воды.

На Фиг.4 изображена конструктивная схема предлагаемого трехсекционного контактного резервуара, в котором вместо придонных перфорированных труб установлены горизонтальные перфорированные перегородки - 20, 21, 22, являющиеся идентичными по выполняемой функции и дополнительные сквозные каналы - 23 и 24, расположенные ниже перфорированной перегородки для прохода воды.

На Фиг.5 изображена конструктивная схема установки регулирующих реек - 26 на перфорированных трубах - 9. Перфорированные трубы - 9, установленные в верхней части второй секции контактного резервуара, осуществляющие прием воды внутрь через отверстия в боковых стенках и слив ее через открытый торец, выполнены с частично плоскими боковыми стенками, в верхней части которых выполнены на равном расстоянии друг от друга по длине трубы прямоугольные отверстия - 25, суммарная ширина которых равна половине рабочей длины трубы, и они снабжены накладными рейками - 26, с прямолинейными верхними кромками, установленными с двух сторон на боковых стенках с возможностью изменения вертикального положения ее верхней кромки относительно горизонта воды в контактном резервуаре и угла наклона для обеспечения необходимой высоты слоя воды над кромками в каждом отверстии и равенства расходов через каждое отверстие.

Заявленный трехсекционный контактный резервуар работает следующим образом: под давлением в напорном отсеке - 4 (см. Фиг.3) вода подается в первую секцию - 1 через перфорированные трубы - 8, установленные в верхней части этой секции. При выходе струй воды из внутренней полости труб в водный массив секции через отверстия перфорации диаметром 20…25 мм из-за резкого расширения струи происходит резкое снижение скорости от 600…700 мм/с и на удалении 300…400 мм от выхода скорость воды по всему поперечному сечению секции составляет 5…8 мм/с, что подтверждается экспериментами.

Поток воды остается равномерно распределенным до уровня диспергаторов и ниже, затем начинает локально ускоряться непосредственно перед входом в отверстия 20…25 мм перфорации труб, установленных в придонной части секции. Далее поток воды через перфорированные трубы - 11 и через открытые торцы перфорированных труб - 12 поступает во вторую секцию, направляется снизу вверх равномерно по поперечному сечению второй секции. Из открытых торцев перфорированных верхних труб второй секции - 9 вода поступает в межсекционный отсек - 6 с внутренней перегородкой - 7, обеспечивающей смену направления воды, и через перфорированные, заглушенные с одного торца трубы - 10 сверху поступает в третью секцию контактного резервуара и далее через нижние перфорированные трубы - 13 подается в сливной отсек - 5 и направляется потребителю.

Данная конструкция трехсекционного контактного резервуара в полном объеме решает поставленную задачу и обеспечивает равномерное распределение потока воды по поперечному сечению секции по всей высоте слоя обрабатываемой воды и обеспечивает противоток воды и озоно-воздушной смеси в первой и третьей секциях и спутный поток воды и озоно-воздушной смеси во второй секции контактного резервуара.