Установка для озонирования воды

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании новых установок для очистки и обеззараживания воды высокой производительности. Полезная модель снижает энергозатраты при обработке воды озоном. Установка для озонирования воды содержит контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, выполненный в виде трубки из диэлектрического материала с патрубком для ввода кислородсодержащего газа на одном конце, коаксиально расположенным внутри высоковольтным электродом, наружная поверхность которого образует разрядный промежуток с внутренней поверхностью трубки, через который проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, и низковольтным электродом, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду. Генератор озона размещается непосредственно в воде, которая выполняет функцию низковольтного электрода. Диспергатор установлен на другом конце трубки. Трубка выполнена из оптически прозрачного для ультрафиолетового излучения разряда материала.

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании новых установок для очистки и обеззараживания воды высокой производительности со сниженными энергозатратами при обработке воды озоном.

Известна установка для озонирования воды, содержащая контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, через разрядный промежуток которого проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, с высоковольтным и низковольтным электродами, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду (Заявка на и. 2003110894 РФ, МКИ С 02 F 9\12. Устройство для обеззараживания проточной воды \ Лукьянов В.И., Тюкин В.Н. и др. - Заявл. 16.04.03, Опубл. 19.11.2004. БИМП №32).

Недостатком установки для озонирования воды являются высокие энергозатраты при обработке воды озоном, что обусловлено недостатками конструкции, плохими условиями охлаждения разрядного промежутка генератора озона, разложением озона за время транспортировки кислородсодержащего газа от генератора озона до диспергатора, а также на стенках соединительных трубопроводов, что приводит к снижению выхода озона, неиспользованием других активных факторов электрического разряда (ультрафиолетовое излучение, химически активные короткоживущие радикалы).

Известна установка для озонирования воды, содержащая контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, с патрубком для ввода кислородсодержащего газа, через разрядный промежуток которого проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, с высоковольтным и низковольтным электродами, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с

электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду (Очистка производственных сточных вод / С.В.Яковлев, Я.А.Карелин и др.; Под ред. С.В.Яковлева. - М.: Стройиздат, 1985. - С.119).

Недостатком установки для озонирования воды являются высокие энергозатраты при обработке воды озоном, что обусловлено недостатками конструкции, плохими условиями охлаждения разрядного промежутка генератора озона, разложением озона за время транспортировки кислородсодержащего газа от генератора озона до диспергатора, а также на стенках соединительных трубопроводов, что приводит к снижению выхода озона, неиспользованием других активных факторов электрического разряда (ультрафиолетовое излучение, химически активные короткоживущие радикалы).

Известна установка для озонирования воды, содержащая контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, выполненный в виде трубки из диэлектрического материала с патрубком для ввода кислородсодержащего газа на одном конце, коаксиально расположенным внутри высоковольтным электродом, наружная поверхность которого образует разрядный промежуток с внутренней поверхностью трубки, через который проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, и низковольтным электродом, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду (Вигдорович В.Н., Исправников Ю.А., Нижаде-Гавгани Э.А. Проблемы озонопроизводства и озонообработки и создание озоногенераторов второго поколения. - М., С.Пб.: Из-дат. «Экоинформсистема», 1994. - С.27).

Данная установка для озонирования воды является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.

Недостатком установки для озонирования воды являются высокие энергозатраты при обработке воды озоном, что обусловлено недостатками конструкции, плохими условиями охлаждения разрядного промежутка генератора озона, разложением озона за время

транспортировки кислородсодержащего газа от генератора озона до диспергатора, а также на стенках соединительных трубопроводов, что приводит к снижению выхода озона, неиспользованием других активных факторов электрического разряда (ультрафиолетовое излучение, химически активные короткоживущие радикалы).

Полезная модель направлена на решение задачи снижения энергозатрат при обработке воды озоном, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в установке для озонирования воды, содержащей контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, выполненный в виде трубки из диэлектрического материала с патрубком для ввода кислородсодержащего газа на одном конце, коаксиально расположенным внутри высоковольтным электродом, наружная поверхность которого образует разрядный промежуток с внутренней поверхностью трубки, через который проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, и низковольтным электродом, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду, генератор озона размещен непосредственно в воде, которая выполняет функцию низковольтного электрода, диспергатор установлен на другом конце трубки, трубка выполнена из оптически прозрачного для ультрафиолетового излучения разряда материала.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат при обработке воды озоном. Это обеспечивается улучшением конструкции установки, увеличением полезной части энерговклада в электрический разряд за счет существенного улучшения условий охлаждения генератора озона, уменьшения количества разлагающегося озона за время транспортировки от генератора озона к диспергатору и на стенках соединительных трубопроводов и увеличения, по указанной причине, выхода озона, более полным использованием всех активных факторов электрического разряда, в частности ультрафиолетового излучения и химически активных веществ и короткоживущих

радикалов, например, атомарного кислорода, образующегося в электрическом разряде, а также гидроксильного радикала.

Снижение энергозатрат при обработке воды озоном является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемой конструкцией установки озонирования воды, принципами устройства генератора озона, охлаждения, способом обработки воды, соединением элементов установки для озонирования воды, то есть отличительными признаками. Поэтому отличительные признаки заявляемой установки для озонирования воды являются существенными.

На рисунке приведена функциональная схема установки для озонирования воды с элементами конструкции, поясняющая устройство, принцип соединения частей и работы заявляемой установки для озонирования воды.

Установка для озонирования воды в рассматриваемом варианте имеет конструкцию с одним генератором озона. Принципиально установка может содержать большое число генераторов озона, соединенных параллельно. Принцип работы установки для озонирования воды при этом не изменяется. В генераторе озона установки для озонирования воды возбуждается барьерный разряд.

Установка для озонирования воды содержит контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, выполненный в виде трубки из диэлектрического материала с патрубком для ввода кислородсодержащего газа на одном конце, коаксиально расположенным внутри высоковольтным электродом, наружная поверхность которого образует разрядный промежуток с внутренней поверхностью трубки, через который проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, и низковольтным электродом, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду. Генератор озона размещается непосредственно в воде, которая выполняет функцию низковольтного электрода. Диспергатор установлен на другом конце трубки. Трубка выполнена из оптически

прозрачного для ультрафиолетового излучения разряда материала.

Установка для озонирования воды работает следующим образом. Кислородсодержащий газ поступает в генератор озона через патрубок и проходит через разрядный промежуток генератора озона в направлении, указанном стрелкой. Электроды генератора озона, одним из которых является обрабатываемая вода, подключены к выводам источника питания генератора озона переменного тока. При приложении напряжения источника питания переменного тока между электродами генератора озона (высоковольтным электродом и водой) под действием указанного напряжения в разрядном промежутке между наружной поверхностью высоковольтного электрода и внутренней поверхностью трубки из диэлектрического материала в потоке кислородсодержащего газа возникает электрический барьерный разряд. Электрический разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхности трубки из диэлектрического материала. В микроразрядах происходит диссоциация молекул кислорода. Образовавшиеся в результате диссоциации атомы кислорода при столкновениях с молекулами кислорода образуют молекулы озона. Одновременно происходит и обратная реакция разложения озона в электрическом разряде, под действием ультрафиолетового излучения и температуры. Технологические условия проведения синтеза обеспечиваются такими, что процесс образования озона в разрядном промежутке превалирует над процессом его разложения. В результате, на выходе из разрядного промежутка кислородсодержащий газ имеет в смеси заданное количество озона. Заданная концентрация озона определяется электрическим режимом генератора озона, качеством подготовки и очистки кислородсодержащего газа, а также условиями охлаждения элементов разрядного промежутка генератора озона и кислородсодержащего газа. Кислородсодержащий газ, обогащенный озоном, вводится в обрабатываемую воду через диспергатор, установленным на другом конце трубки. Так как в заявляемой установке для озонирования воды обеспечивается оперативный контакт кислородсодержащего газа, подвергнутого электрическому барьерному разряду, с обрабатываемой

водой, в окислительных реакциях могут участвовать кроме озона и другие химически активные вещества и радикалы, образующиеся в электрическом разряде, например, атомарный кислород и гидроксильный радикал, Гидроксильный радикал является наиболее химически активным из известных окислителей. Образование в электрическом разряде и обеспечение возможности одновременного использования озона и других химически активных веществ и радикалов позволяет уменьшить требуемое количество озона на обработку воды и увеличить полезную часть энерговклада в разряд, то есть снизить непроизводительный расход энергии на обработку воды. Электрический барьерный разряд является источником интенсивного ультрафиолетового излучения. Выполнение трубки генератора озона из оптически прозрачного для ультрафиолетового излучения разряда диэлектрического материала позволяет использовать ультрафиолетовое излучение разряда в окислительных процессах и для интенсификации химических процессов окисления озоном и другими химически активными веществами и радикалами. В результате более полно используются все активные факторы электрического разряда и уменьшаются непроизводительные затраты энергии. Охлаждение диэлектрической трубки генератора озона осуществляется водой, что повышает эффективность охлаждения и выход озона. Обрабатываемая вода поступает и выводится из контактного резервуара через патрубки для подвода исходной и отвода обработанной воды.

Генератор озона в заявляемой конструкции установки для озонирования воды может быть выполнен на основе трубки из металла. При этом внутренний коаксиальный высоковольтный электрод изготавливается с внешним диэлектрическим покрытием. Такая конструкция генератора озона обеспечивает большую механическую прочность. Однако в этом случае невозможно использовать при обработке воды такой активный фактор электрического разряда, как ультрафиолетовое излучение. Принцип работы установки для озонирования воды при изготовлении трубки из металла, в целом, не изменяется, однако энергозатраты при обработке воды озоном несколько возрастают.

По сравнению с прототипом при использовании заявляемой установки для озонирования воды существенно снижаются энергозатраты при обработке воды озоном. Использование конструкции заявляемой полезной модели позволяет более полно использовать все активные факторы электрического разряда при обработке воды озоном, интенсифицировать процесс озонирования воды и воздействие на обрабатываемую воду других окислительные реакций, осуществление которых становится возможным в установке для озонирования воды. За счет улучшения условий охлаждения генератора озона в заявляемой полезной модели снижаются энергозатраты и существенно увеличивается выход озона. Оперативный ввод кислородсодержащего газа, подвергнутого электрическому разряду, в обрабатываемую воду, позволяет уменьшить количество разлагаемого озона за время транспортировки кислородсодержащего газа от генератора озона к диспергатору и на стенках соединительных трубопроводов, дает возможность для использования в окислительных реакциях атомарного кислорода и других химически активных веществ и короткоживущих радикалов, образующихся в электрическом разряде, что увеличивает энергетический выход озона. Дополнительно в пузырьках газа в воде, в том числе около внешней поверхности трубки генератора озона, также возможно синтезирование озона и других химически активных веществ и радикалов и возникновение частичных электрических разрядов (за счет локальных увеличений напряженности электрического поля в газовых пузырьках), интенсифицированных ультрафиолетовым излучением барьерного разряда в разрядном промежутке. В целом энергозатраты при обработке воды озоном при использовании заявляемой полезной модели установки для озонирования воды могут быть снижены на 25÷30%.

Установка для озонирования воды, содержащая контактный резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, генератор озона, выполненный в виде трубки из диэлектрического материала с патрубком для ввода кислородсодержащего газа на одном конце, коаксиально расположенным внутри высоковольтным электродом, наружная поверхность которого образует разрядный промежуток с внутренней поверхностью трубки, через который проходит кислородсодержащий газ, подвергаемый разряду, и низковольтным электродом, источник питания генератора озона, выводы которого соединены с электродами, диспергатор для ввода кислородсодержащего газа в воду, отличающийся тем, что генератор озона размещен непосредственно в воде, которая выполняет функцию низковольтного электрода, диспергатор установлен на другом конце трубки, трубка выполнена из оптически прозрачного для ультрафиолетового излучения разряда материала.