Устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном

Полезная модель относится к технике очистки природных и бытовых вод, в частности, к обеззараживанию воды комплексным воздействием ультрафиолета и озона и может быть использовано при подготовке воды для бытового и технического назначения. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении эффективности устройства за счет одновременного обеззараживания и очистки воды при упрощении его конструкции и снижении стоимости. Устройство состоит из камеры обеззараживания, выполненной в виде цилиндрического корпуса с патрубками подвода исходной воды, отвода обработанной воды потребителю, и бактерицидную ультрафиолетовую лампу, расположенной в защитном кварцевом чехле, которые коаксиально расположены в корпусе устройства. Полость кварцевого чехла сообщена патрубком с атмосферой, а трубопроводом рециркуляции озоно-воздушной смеси - с пассивной полостью эжектора. На входе патрубка подвода исходной воды за эжектором в трубопроводе последовательно установлены источник ультразвука и фильтр. Обрабатываемая вода смешивается с озоно-воздушной смесью в эжекторе и поступает затем в источник ультразвука, в котором за счет кавитации происходит полное растворение озона, способствующее окислению двухвалентного железа до трехвалентного и далее через фильтр, в котором осуществляется осаждение примесей, поступает в камеру устройства, где подвергается действию ультрафиолетового излучения. Обеззараженная и очищенная вода из корпуса устройства через выходной патрубок подается потребителю. Таким образом, устройство обладает большей эффективностью обработки воды, так как в нем за счет предварительной ультразвуковой обработки снижается окислительно-восстановительный потенциал микробных клеток и происходит окисление ионов металлов в широком диапазоне мутности и цветности воды, а также осуществляется очистка от окисленных ионов на фильтре без снижения производительности. Кроме того, улучшаются эксплуатационные качества и упрощается конструкция за счет отказа от прочистных механизмов при одновременном повышении его надежности и уменьшении себестоимости обработки воды.

Полезная модель относится к технике очистки природных и бытовых вод, в частности к обеззараживанию воды комплексным воздействием ультрафиолета и озона и может быть использована при подготовке воды для бытового и технического использования.

Известно устройство для обеззараживания воды, содержащее корпус с патрубками для подвода исходной воды и отвода обработанной воды, бактерицидную лампу ультрафиолетового излучения с защитным кварцевым чехлом, отражатель и спираль. Спираль смонтирована на направляющих, установленных на съемном фланце, при этом внутренний диаметр спирали в 1,5...1.7 раза больше наружного диаметра кварцевого чехла (патент РФ №2182119, МКИ⁷ СО 2 F 1/32, 2002).

В устройстве-аналоге за счет установки спирали образуется взаимодействие двух потоков обрабатываемой жидкости - при этом один поток направлен по спирали вдоль стенок корпуса, а другой, меньший по величине, направлен вдоль кварцевого чехла. Образующаяся при этом турбулентность потока по всей длине кварцевого чехла снижает скорость образования осадка на стенке кварцевого чехла и увеличивает эффективность облучения потока.

Недостатком устройства-аналога является недостаточная эффективность процесса обеззараживания из-за неиспользования озона, образующегося при работе устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном, содержащее корпус, в котором коаксиально размещена бактерицидная лампа в защитном кварцевом чехле с образованием кольцевых полостей, при этом корпус снабжен патрубком подвода исходной воды, на входе в который установлен эжектор, и патрубком отвода обработанной воды, причем полость кварцевого чехла соединена патрубком с источником подачи воздуха и трубопроводом рециркуляции озоновоздушной смеси, снабженным регулятором ее расхода, с пассивной полостью эжектора (патент РФ №2042637, MKИ⁷ CО 2 F 1/32, 1/78, 1995).

Преимущество устройства-прототипа по сравнению с устройством-аналогом заключается в более эффективном обеззараживании воды из-за комплексного использования воздействия на обрабатываемую воду ультрафиолета и озона, образующегося при работе бактерицидной лампы, за счет чего увеличивается и производительность устройства обеззараживания.

Недостатком устройства-прототипа является то, что в обрабатываемой бактерицидным излучением воде остаются ионы металлов, например,

железа и других примесей, которые выпадают в осадок на поверхности кварцевого чехла и там остаются, несмотря на работу прочистного механизма. Это приводит к загрязнению ультрафиолетовой лампы и, как следствие, к снижению бактерицидной мощности излучения и производительности установки в целом.

Во-вторых, наличие вращающихся очистных элементов усложняет конструкцию устройства, снижает его надежность, усложняет эксплуатацию устройства, так как несмотря на наличие прочистных элементов требуется периодическая очистка кварцевого чехла от твердых осадков, осуществляемая, по сути, интуитивно, так как характеристики воды (например, мутность), поступающей из водной магистрали, не известны.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении эффективности устройства за счет одновременного обеззараживания и очистки воды при упрощении его конструкции и снижении стоимости.

Это достигается тем, что известное устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном, содержащее корпус, в котором коаксиально размещена бактерицидная лампа в защитном кварцевом чехле с образованием кольцевых полостей, при этом корпус снабжен патрубком подвода исходной воды, на входе в который установлен эжектор, и патрубком отвода обработанной воды, причем полость кварцевого чехла соединена патрубком с источником подачи воздуха и трубопроводом рециркуляции озоновоздушной смеси, снабженным регулятором ее расхода, с пассивной полостью эжектора, согласно полезной модели снабжено последовательно соединенными источником ультразвука и фильтром, установленными в трубопроводе на выходе эжектора.

При этом, источник ультразвука выполнен в виде цилиндра с боковыми крышками и расположен по оси трубопровода, а излучатели ультразвука расположены в четыре ряда равномерно по образующей цилиндра в шахматном порядке навстречу друг другу, обеспечивая ультразвуковую обработку всего объема воды, находящегося в корпусе источника ультразвука.

Источник ультразвука обеспечивает соотношение статического давления и амплитуды звукового давления в диапазоне 0,4-0,5.

Интенсивность ультразвуковых колебаний источника ультразвука выбирается в диапазоне 1 Вт/см² Wa 13 Вт/см², а интервал частот ультразвуковых колебаний - в диапазоне 10 кГц f 23 кГц.

Указанные диапазоны величин являются оптимальными (см. книгу: Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев. Наукова думка. 1983) и обеспечиваются конструктивным выполнением эжектора и источника ультразвука.

Фильтр выполнен в виде углового осадочного фильтра засыпного типа, а его фильтрующий элемент представляет собой песчано-гравийную смесь.

Патрубок подачи воздуха в полость кварцевого чехла соединен с атмосферой.

Преимущество полезной модели заключается в повышении эффективности обеззараживания воды и полной утилизации озона, образующегося при работе ультрафиолетовой лампы.

Предпосылками использования ультразвука для обработки воды являются следующие положения.

Известно, что для бактерий в воде характерны следующие исходные состояния: образование колоний; абсорбция бактерий на крупных частицах взвешенных веществ; обволакивание микробных клеток коллоидными частицами; образование вокруг бактерий двойного электрического слоя и соответствующих ему гидратных оболочек (см. книгу: Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев. Наукова думка, 1983).

Применение ультразвука снижает устойчивость бактерий по отношению к бактерицидным агентам, например, ультрафиолетовому излучению за счет повышения проницаемости клеточных мембран и снижения окислительно-восстановительного потенциала микробных клеток, что повышает дезинфицирующее действие ультрафиолетового облучения и эффективность бактерицидной обработки воды.

На фиг.1 изображено устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном, на фиг.2 - продольный разрез источника ультразвука.

Устройство состоит из камеры обеззараживания 1, выполненной в виде цилиндрического корпуса с торцевыми крышками 2, с патрубками 3 и 4 для подвода исходной воды и отвода обработанной воды соответственно. Бактерицидная лампа 5 расположена в защитном кварцевом чехле 6, которые коаксиально установлены в корпусе 1. Эжектор 7 установлен на патрубке 3 для подвода исходной воды, при этом полость кварцевого чехла 6 соединена патрубком 8 с источником подачи воздуха, например, с атмосферой и трубопроводом рециркуляции озоно-воздушной смеси 9 - с пассивной полостью эжектора 7. Сопло эжектора 7 через последовательно соединенные источник ультразвука 10 и фильтр 11 соединено с камерой обеззараживания 1.

Эжектор 7 представляет собой трубу Вентури. Источник ультразвука 10 выполнен в виде цилиндра с боковыми крышками и установлен по оси трубопровода подачи исходной воды. По внутренней поверхности образующей цилиндрической части корпуса расположены равномерно четыре ряда ультразвуковых излучателей 12, расположенных в шахматном порядке и навстречу друг другу. Такое расположение ультразвуковых излучателей

обеспечивает ультразвуковую обработку всего объема воды, проходящего через источник ультразвука 10. Фильтр 11 выполнен угловым осадочным с песчано-гравийной засыпкой, а регулятор расхода озоно-воздушной смеси выполнен в виде вентиля 13.

Устройство работает следующим образом.

Камеру обеззараживания 1 заполняют исходной водой через патрубок 3 и последовательно соединенные эжектор 7, источник ультразвука 10 и фильтр 11. После появления воды в сливном патрубке 4 подают напряжение на бактерицидную лампу 5 и ультразвуковые излучатели 12 источника излучения 10. Вследствие создаваемого эжектором 7 разрежения от ускорения в его сопле воды, через патрубок 8 в полость кварцевого чехла 6 из атмосферы поступает воздух. В процессе движения воздуха в полости кварцевого чехла 6 под воздействием ультрафиолетового излучения бактерицидной лампы 5 образуется озон, который в виде озоно-воздушной смеси по трубопроводу рециркуляции 9 поступает в пассивную полость эжектора 7 и вследствие эжекции смешивается с водой.

Обрабатываемая вода, насыщенная озоно-воздушной смесью из эжектора 7 в соотношении 1:4-1:9, обеспечивает облегченные условия возникновения кавитации в озвучиваемой жидкости, поступающей в источник ультразвука 10, в котором под воздействием ультразвуковой кавитации происходит активная диффузия озона в воду, вызывающая активное окисление растворенных ионов металлов (например, двухвалентного железа в трехвалентное (гидроокись) и выделение его в виде твердых частиц) и уменьшение выбросов неиспользованного озона в атмосферу, (см. книгу - Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев. Наукова думка. 1983), а так же обеспечивает анактивацию микробных клеток.

Из источника ультразвука 10 обрабатываемая вода подается в угловой осадочный фильтр 11 засыпного типа, в котором в качестве фильтрующего материала используется песчано-гравийная смесь. В фильтре 11 осаждаются твердые примеси, выделенные вследствие окисления ионов металлов, находящиеся в обрабатываемой исходной воде, а очищенная от твердых частиц вода по трубопроводу 3 подается в корпус 1, где осуществляется бактерицидная обработка очищенной от твердых примесей воды ультрафиолетовым излучением бактерицидной лампы 5. Обеззараженная вода через выходной патрубок 4 подается потребителю.

По мере изменения расхода воздуха и окружающих условий в полости кварцевого чехла 6 концентрация озона в озоно-воздушной смеси может также измениться. С целью оптимизации процесса обеззараживания вентилем 13 осуществляется регулирование расхода озоно-воздушной смеси, подаваемой в эжектор 7, по показаниям датчика перепада давления, установленного в трубопроводе рециркуляции 9 (на чертеже он условно не показан). Обратная промывка песчано-гравийного фильтра с целью удаления

осадка с поверхности фильтрующего материала производится при достижении величины перепада давления на фильтре после остановки устройства.

Таким образом, устройство обладает большей эффективностью обработки воды, так как в нем за счет предварительной ультразвуковой обработки снижается окислительно-восстановительный потенциал микробных клеток и происходит окисление ионов металлов в широком диапазоне мутности и цветности воды, а также осуществляется очистка от окисленных ионов на фильтре без снижения производительности. Кроме того, улучшаются эксплуатационные качества и упрощается конструкция за счет отказа от прочистных механизмов при одновременном увеличении его надежности и уменьшении себестоимости обработки воды.

1. Устройство для обеззараживания воды ультрафиолетом и озоном, содержащее корпус, в котором коаксиально размещена бактерицидная лампа в защитном кварцевом чехле с образованием кольцевых полостей, при этом корпус снабжен патрубком подвода исходной воды, на входе в который установлен эжектор, и патрубком отвода обработанной воды, причем полость кварцевого чехла соединена патрубком с источником подачи воздуха и трубопроводом рециркуляции озоно-воздушной смеси, снабженным регулятором ее расхода, причем трубопровод рециркуляции соединен с пассивной полостью эжектора, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными источником ультразвука и фильтром, установленными на выходе из эжектора.

2. Устройство по п.1, отличающиеся тем, что источник ультразвука обеспечивает соотношение статического давления и амплитуды звукового давления в диапазоне 0,4-0,5.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что интенсивность ультразвуковых колебаний источника ультразвука находится в диапазоне 1 Вт/см² Wa 13 Вт/см², а частота ультразвуковых колебаний в диапазоне 10 кГц f 23 кГц.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник ультразвука выполнен в виде цилиндра с боковыми крышками и расположен по оси трубопровода, а излучатели ультразвука расположены в четыре ряда равномерно по образующей цилиндра в шахматном порядке навстречу друг другу.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр выполнен в виде углового осадочного фильтра засыпного типа.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что фильтрующий элемент представляет собой песчано-гравийную смесь.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок подачи воздуха соединен с атмосферой.