RU2453505C1 - Установка гидродинамической обработки сточной воды - Google Patents
Установка гидродинамической обработки сточной воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453505C1 RU2453505C1 RU2010146473/05A RU2010146473A RU2453505C1 RU 2453505 C1 RU2453505 C1 RU 2453505C1 RU 2010146473/05 A RU2010146473/05 A RU 2010146473/05A RU 2010146473 A RU2010146473 A RU 2010146473A RU 2453505 C1 RU2453505 C1 RU 2453505C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- gas
- length
- static pressure
- block
- Prior art date
Links
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 43
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 24
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 17
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 abstract description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 9
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 7
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 7
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 5
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 5
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 5
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 235000015203 fruit juice Nutrition 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011169 microbiological contamination Methods 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 1
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к экологии. Насыщенную атмосферным воздухом воду подают насосом 1 в конфузор 3 первого блока кавитационного устройства через настроечное устройство 2. Из конфузора 3 турбулентный микропузырьковый поток воды поступает в цилиндрическую камеру 4, в которую вводят газ из источника 12. Из цилиндрической камеры 4 обрабатываемый поток воды подают в диффузор 5 первого блока кавитационного устройства. Из диффузора 5 поток воды через настроечное устройство 6 поступает в конфузор 7 второго блока кавитационного устройства. Из конфузора 7 турбулентный микропузырьковый поток воды подают в цилиндрическую камеру 8 второго блока кавитационного устройства, в которую вводят газ из источника 12. Из цилиндрической камеры 8 обрабатываемый поток воды поступает в диффузор 9 второго блока кавитационного устройства. Обработанную воду подают потребителю. Изобретение позволяет предохранить окружающую среду от загрязнения ядовитыми химическими реагентами. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для обеззараживания воды в очистных сооружениях заводов, населенных пунктов, с/х предприятий, в системах подачи питьевой, промышленной, поливочной воды, воды в искусственных и естественных водохранилищах.
Известны способы и установки химического обеззараживания воды хлором («Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды» под редакцией Л.А.Кульского. Киев, журнал «Наукова думка», 1980 г., с.934).
Недостатком химического обеззараживания воды хлором является образование от взаимодействия хлора с водой токсичных веществ - диоксинов и диоксидов, что нарушает экологию окружающей среды, т.к. сточную воду вместе с хлором, диоксинами, диоксидами сбрасывают в естественные водоемы и уничтожают в них полезную микрофлору, растительный и животный мир.
Известны способы и установки химического обеззараживания воды озоном (Кожинов В.Ф. и др. «Озонирование воды». - М.: Стройиздат, 1974, с.119-127, Патент РФ №2081843, 1997 г.).
Недостатками химического обеззараживания воды озоном являются сложность технологического процесса, быстрый выход из строя материалов обеззараживающих установок при контактировании с сильным окислителем - озоном.
Известна установка обеззараживания воды декомпрессией, содержащая емкость для ее насыщения газом при выдержке под избыточным давлением не менее 3 кг/см2 в течение не менее 60 мин с последующим резким перепуском ее в емкость с меньшим давлением (патент №2276103 10.05.2006 г. по Заявке №2004117934 от 16.06.2004 г.).
Недостатком обеззараживания воды декомпрессией является сложность установки, значительные затраты на ее изготовление и эксплуатацию, невозможность применения для больших объемов воды.
Известны установки (специальные аппараты) для разделения растворов и коллоидных систем методом ультрафильтрации полупроницаемыми мембранами под давлением 0,1-0,8 МПа, используемые для очистки крови, вакцин, фруктовых соков, питьевой воды на подводных лодках и космических станциях, которые могут быть использованы для обеззараживания сточных вод.
Недостатком обеззараживания сточной воды ультрафильтрацией является сложность, значительные затраты в эксплуатации (частая очистка мембранного фильтра от задержанных частиц и микроорганизмов), невозможность применения для больших объемов воды (большое количество часто сменяемых мембранных фильтров).
Известны установки для обеззараживания воды УФ-излучением от газоразрядных источников (бактерицидных ламп).
Недостатком обеззараживания сточной воды УФ-излучением является сложность, значительные затраты в эксплуатации (непрерывная очистка быстро мутнеющей от осадка поверхности ламп или прозрачного футляра для ламп), невозможность применения для больших объемов воды (большое количество ламп в большом объеме мутной сточной воды с небольшим пространством между лампами).
Известна установка гидродинамического обеззараживания воды, реализующая способ по заявке №2006122918/15 от 27.06.2006 г. (публикация 10.01.2008 г.), содержащая насос, гидроимпульсный генератор, кавитационный реактор, гидроциклон, два эжектора, проскоковый фильтр.
Недостатками известной установки являются сложность, большая стоимость, невозможность ее применения для непрерывного обеззараживания больших объемов воды.
Известна установка гидродинамической обработки воды (ГДВУ-03), разработанная институтом «Томскагропромтехпроект», предназначенная для обеззараживания воды и очистки ее от растворенных тяжелых металлов, солей и других примесей без применения химических реагентов (публикация ООО «Эко Проект», размещенная в Интернете (http://ekoproekt.tiu.ru/p2787961-vodoochistnye-ustanovki.htmle описание товара - прототип), состоящая из буферно-подпиточной емкости, насоса, гидродинамического генератора, сборника твердых осадков, и обеспечивающая обеззараживание и очистку воды средней тяжести микробиологической загрязненности до норм СанПиН для питьевой воды гидродинамическими процессами, аэрации, коагуляции, холодного кипения.
Основными недостатками установки ГДВУ-03 являются небольшая производительность серийно выпускаемых автономных блоков (от 0,5 до 50 м3/час) и ее многофункциональность (обеззараживание, очистка от примесей, сбор твердых осадков), что обусловило необходимость оснащения автономных блоков дорогостоящими резервуарами из нержавеющей стали и автоматическими системами управления технологическими процессами очистки воды. Указанные особенности ГДВУ-03 привели к значительному удорожанию очистки 1 м3 воды, и как следствие, к ограниченному ее использованию.
Целью изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков за счет упрощения и удешевления конструкции установки, повышения надежности и качества обеззараживания воды, обеспечения непрерывного обеззараживания требуемого количества воды за один прогон через кавитационное устройство, генерирующее требуемые для обеззараживания гидродинамические процессы в текущем через него потоке (запрограммированные параметры обеззараживающей взрывной кавитации).
Предложенная установка отличается от известной тем, что в ней обеззараживание воды производят прокачкой 50-5000 м3/час воды через кавитационное устройство, создающее взрывную кавитацию с управляемыми гидродинамическими процессами образования и резонансного дробления микропузырьков газа.
Поставленная цель достигается тем, что в предложенной установке, содержащей насос, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы, кавитационное устройство состоит из двух прямоточных блоков, каждый из которых содержит последовательно установленные конфузор, цилиндрическую камеру, диффузор, при этом:
- конфузор первого блока имеет угол сужения β=20±5°, длину L=0,08-0,45 м, диаметр выходного сечения d=0,02-0,25 м и предназначен для увеличения скорости потока обеззараживаемой воды до W≥25 м/с с одновременным уменьшением статического давления до Р=0,8-0,6 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в двухфазный турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа R≤50 мкм, с критерием Рейнольдса Re≥105;
- цилиндрическая камера первого блока имеет диаметр проходного сечения d=0,02-0,25 м, длину L=0,05-0,6 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой), и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время τ≤0,02 с, т.е. для создания взрывной кавитации, разрушающей клетки находящихся в воде микроорганизмов (комплексным воздействием гидродинамических процессов - ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п.);
- диффузор первого блока имеет угол расширения β=12±3°, длину L=0,12-0,55 м и предназначен для уменьшения скорости потока с одновременным увеличением статического давления до Р≥1 ата с сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде;
- конфузор второго блока имеет угол сужения β=20±5°, длину L=0,07-0,4 м, диаметр выходного сечения d=0,025-0,3 м и предназначен для увеличения скорости потока до W≥20 м|с с одновременным уменьшением статического давления до Р=1,0-0,8 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа R≤70 мкм, с критерием Рейнольдса Re≥105;
- цилиндрическая камера второго блока имеет диаметр проходного сечения d=0,025-0,3 м, длину L=0,06-0,65 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой) и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,5-0,3 ата за время τ≤0,02 с, т.е. для создания взрывной кавитации, разрушающей клетки находящихся в воде микроорганизмов (комплексным воздействием гидродинамических процессов - ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п.);
- диффузор второго блока имеет угол расширения β=12±3°, длину L=0,12-0,6 м и предназначен для уменьшения скорости потока с одновременным увеличением статического давления до Р≥1 ата с сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде.
Размеры элементов блоков кавитационного устройства в предложенной установке рассчитаны на водяные насосы производительностью 50-5000 м3/чac и напором 50-125 м.
На входе в конфузоры блоков кавитационного устройства установки монтированы настроечные устройства, позволяющие изменять (настраивать) при гидропроливках статическое давление потока воды.
Цилиндрические камеры блоков кавитационного устройства установки соединены трубопроводами через дозирующие устройства и запорные краны с источником газа в нескольких местах по длине, например, на входе и выходе потока воды.
Совокупность существенных признаков предложенной установки проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что обеззараживание 50 - 5000 м3/чac воды (в зависимости от ТЗ Заказчика и производительности выбранного серийного насоса) производят с помощью одной установки, надежно, в непрерывном режиме, с минимальными эксплуатационными затратами, без применения экологически опасных химических реагентов. При необходимости обеззараживания в непрерывном режиме большего количества воды (например, 20000 м3/чac) монтируют параллельно работающие установки (например, пять установок с производительностью 5000 м3/чac, из которых четыре работают в непрерывном режиме, а с пятой проводят профилактические или ремонтные работы).
Таким образом, совокупность существенных признаков предложенной установки соответствует критериям «существенные отличия» и «новизна».
Схема предложенной установки приведена на фиг.1,
где КУ - кавитационное устройство;
Б1 - первый блок кавитационного устройства;
Б2 - второй блок кавитационного устройства;
М - манометр;
MB - мановакуумметр.
1. Изготавливаемый промышленностью (серийный) насос, подающий обеззараживаемую воду из источника в кавитационное устройство.
2. Настроечное устройство первого блока кавитационного устройства (например, шайба).
3. Конфузор первого блока кавитационного устройства.
4. Цилиндрическая камера первого блока кавитационного устройства.
5. Диффузор первого блока кавитационного устройства.
6. Настроечное устройство второго блока кавитационного устройства (например, шайба).
7. Конфузор второго блока кавитационного устройства.
8. Цилиндрическая камера второго блока кавитационного устройства.
9. Диффузор второго блока кавитационного устройства.
10. Дозирующее устройство подачи газа в цилиндрическую камеру 4 (например, шайба).
11. Дозирующее устройство подачи газа в цилиндрическую камеру 8.
12. Источник газа (например, атмосферный воздух).
13. Измерительные приборы (манометры, мановакуумметры).
14. Запорные вентили на трубопроводах подачи газа.
15. Запорные вентили на трубопроводах измерительных приборов.
Тип серийного насоса с требуемым расходом и напором выбирают по указанным Заказчиком в ТЗ расходу и температуре обеззараживаемой воды.
По параметрам выбранного насоса, по характеристикам исходной обеззараживаемой воды, по требуемому Заказчиком в ТЗ качеству обеззараживания рассчитывают физические и геометрические параметры элементов блоков кавитационного устройства - давление, скорость, объемное газосодержание потока, параметры вводимого в цилиндрические камеры газа, диаметры подводящих и отводящих трубопроводов, места установки дозирующих устройств газа и их размеры, места установки настроечных устройств и их размеры, углы сужения конфузоров и расширения диффузоров, диаметр и длину цилиндрических камер.
Цилиндрические камеры блоков кавитационного устройства могут быть соединены трубопроводами через дозирующие устройства и запорные краны с источником газа в нескольких местах по длине, например, на входе и выходе потока воды (зависит от размерности установки, качества обеззараживаемой воды, требований ТЗ, других конкретных условий применительно к каждому конкретному случаю).
Диаметр и длину трубопроводов, подводящих исходную воду, и трубопроводов, отводящих обеззараженную воду потребителю, определяют и согласовывают с Заказчиком при согласовании ТЗ и при заключении Договора на расчет, изготовление, монтаж установки.
После изготовления установку гидропроливкой настраивают на рабочие параметры потока воды в кавитационном устройстве (скорость, давление, объемное газосодержание потока воды в различных частях элементов блоков кавитационного устройства).
Монтируют установку на месте использования и подтверждают ее работоспособность на предмет выполнения требований, указанных в ТЗ Заказчика (приемо-сдаточные испытания с контролем параметров по измерительным приборам 13 и лабораторным исследованиям обеззараженной воды).
Обеззараживание воды предложенной установкой производят следующим образом.
Насыщенную атмосферным воздухом воду подают насосом 1 при статическом давлении Р≥5 ата, расходом G=50-5000 м3/час в первый блок кавитационного устройства через настроечное устройство 2.
В конфузоре 3 первого блока с углом сужения β=20±5°, длиной L=0,08-0,45 м, диаметром выходного сечения d=0,02-0,25 м увеличивают скорость потока воды до W≥25 м/с с одновременным уменьшением статического давления до Р=0,8-0,6 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа (воздуха), что приводит к преобразованию потока воды в двухфазный турбулентный микропузырьковый поток с параметрами: отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды - δ=0,003-0,02; радиус микропузырьков газа R≤50 мкм; критерий Рейнольдса Re≥105.
Из конфузора 3 образовавшийся в нем турбулентный микропузырьковый поток подают в цилиндрическую камеру 4 с диаметром проходного сечения d=0,02-0,25 м и длиной L=0,05-0,6 м, внутренняя полость которой соединена с источником газа 12 (например, с атмосферным воздухом). Через дозирующее устройство 10 газ из источника 12 подают в камеру 4 в количестве, доводящем отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды до δ=0,2-0,4 и повышающем скорость потока на 20-40% (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время τ≤0,02 с), чем создают взрывную кавитацию с сопутствующими ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п. Комплексным воздействием указанных гидродинамических процессов разрушают клетки находящихся в воде микроорганизмов. Механизм резонансного разрушения клеток микроорганизмов действует по всей длине цилиндрической камеры 4, т.к. запрограммированная (обеспечиваемая конструкцией кавитационного устройства) минимальная скорость потока во входном сечении камеры W=25 м/с является критической (разрушающей) для газовых пузырьков с радиусом R > 50 мкм.
Поскольку скорость потока по длине камеры непрерывно растет за счет уменьшения статического давления от гидродинамических потерь и увеличения газосодержания потока, то резонансному дроблению будут подвергаться газовые пузырьки меньших размеров (R < 50 мкм). В частности, в конце камеры при увеличении скорости потока на 40% (W=35 м/с) критический радиус пузырьков составит R≈30 мкм (резонансному дроблению подвергнутся пузырьки с радиусом R>30 мкм).
Из цилиндрической камеры 4 турбулентный микропузырьковый поток подают в диффузор 5 первого блока с углом расширения β=12±3° и длиной L=0,12-0,55 м, которым уменьшают скорость потока до W≤10 м/с (с одновременным увеличением его статического давления до Р≥2 ата и сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде).
Из диффузора 5 первого блока поток воды через настроечное устройство 6 подают в конфузор 7 второго блока с углом сужения β=20±5°, длиной L=0,07-0,4 м, диаметром выходного сечения d=0,025-0,3 м, в котором увеличивают скорость потока обеззараживаемой воды до W≥20 м/с (с одновременным уменьшением статического давления до Р=1,0-0,8 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа), что приводит к преобразованию потока в турбулентный микропузырьковый поток с параметрами: отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды δ=0,06-0,13, радиус пузырьков газа R≤70 мкм, критерий Рейнольдса Re≥105;
Из конфузора 7 образовавшийся в нем турбулентный микропузырьковый поток подают в цилиндрическую камеру 8 второго блока, имеющую диаметр проходного сечения d=0,025-0,3 м и длину L=0,06-0,65 м, внутренняя полость которой соединена с источником газа 12. Через дозирующее устройство 11 газ из источника 12 подают в камеру 8 в количестве, доводящем отношение объемного расхода газа к объемному расходу воды до δ=0,2-0,4 (параметр δ=Qг/Qж) и повышающем скорость потока на 20-40% (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=1,0-0,8 ата за время τ≤0,02 с), чем создают взрывную кавитацию с сопутствующими ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением газовых микропузырьков и т.п. Комплексным воздействием указанных гидродинамических процессов разрушают клетки микроорганизмов.
Из цилиндрической камеры 8 микропузырьковый поток подают в диффузор 9 второго блока с углом расширения β=12±3° и длиной L=0,12-0,6 м, которым уменьшают скорость потока до W≤10 м/с (с одновременным увеличением его статического давления до Р≥1,0 ата и сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде).
Из диффузора 9 обеззараженную воду по трубопроводу подают потребителю.
Элементы конструкции предложенной установки рассчитываются по производительности и напору серийного водяного насоса, выбираемого по ТЗ Заказчика. В настоящей заявке приведены диапазоны характеристик элементов блоков кавитационного устройства для серийных водяных насосов производительностью от 50 до 5000 м3/час и напором 50-125 м.
Создание установки с производительностью более 5000 м3/час возможно, но нецелесообразно по экономическим и эксплуатационным показателям (для обеззараживания большего количества воды выгоднее параллельно смонтировать несколько установок производительностью 5000 м3/час).
Установка ГДВУ-03, выбранная в качестве прототипа, одновременно является хорошим примером, подтверждающим достижение заявленного технического результата. Для обеззараживания воды в предложенной установке, как и в ее прототипе, используются управляемая гидродинамическая кавитация и аэрация обрабатываемой воды. Из доступных научно-технических источников известно (Э.Г.Шапхаев, В.Ж.Цыренов, Е.И.Чебунина. Основы биотехнологии. Дезинтеграция микробных клеток. Улан-Удэ, 2005 г.), что бактерицидная эффективность гидродинамических кавитационных процессов повышается при увеличении скорости потока (W≥20 м/с), уменьшении размеров парогазовых пузырьков (Rпуз≤100 мкм), увеличении объемного газосодержания воды (ô=Qг/Qж), повышении степени турбулентности потока (Re≥105). Значения указанных существенных факторов приведены в описании и в формуле изобретения предложенной установки. Кроме представленных существенных признаков, в предложенной установке задействован механизм непрерывного резонансного дробления парогазовых пузырьков по всей длине цилиндрических камер кавитационного устройства, обеспечивающий интенсификацию процесса дезинтеграции (разрушения) микроорганизмов в направлении движения потока. На основании сравнительно-комплексного анализа принципа работы и характеристик сопоставляемых объектов, заявитель считает, что предложенная установка превосходит прототип (установку ГДВУ-03).
Процесс разрушения клеточных оболочек микроорганизмов в предложенной установке происходит следующим образом.
Обрабатываемая вода под статическим давление Р≥6 ата поступает на вход конфузора 3 первого блока кавитационного устройства, в котором увеличивается скорость потока до W≥25 м/с с одновременным уменьшением статического давления до Р=0,8-0,6 ата с сопутствующим выделением растворенного в воде газа (воздуха), что приводит к преобразованию потока в турбулентный микропузырьковый поток с параметрами: Rпуз≤50 мкм, Re≥105. Из конфузора 3 поток с указанными параметрами поступает в цилиндрическую камеру 4 первого блока кавитационного устройства, внутренняя полость которой соединена с источником газа 12. Через дозирующее устройство 10 газ из источника 12 поступает в камеру 4 в количестве, доводящем объемное газосодержание воды до ô=0,2-0,4 и повышающем скорость потока на 20-40% (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время τ≤0,02 с), чем создают взрывную кавитацию с сопутствующими ударными волнами, высокоградиентными микропотоками, локальными скачками давления и температуры, резонансным дроблением парогазовых микропузырьков и т.п. Комплексным воздействием указанных гидродинамических процессов разрушают клетки микроорганизмов. При этом все параметры в каждом поперечном сечении потока практически одинаковы по всей длине цилиндрической камеры 4 (за счет турбулентного режима течения).
Аналогичные процессы происходят в конфузоре 7 и цилиндрической камере 8 второго блока кавитационного устройства.
Из приведенного сравнительного анализа следует, что по бактерицидной эффективности предложенная установка не уступает прототипу (Установке ГДВУ-03), что подтверждает достижение заявленного технического результата.
Применение предложенной установки гидродинамической обработки сточных вод вместо химического обеззараживания позволит предохранить окружающую среду от загрязнения ядовитыми химическими реагентами (например, хлором и его соединениями) через сбрасываемые в естественные водоемы сточные воды.
При разработке предложенной установки учитывались результаты следующих научно-технических исследований:
1. Протодьяконов И.О., Люблинская И.Е. Гидродинамика и массовый обмен в системах газ-жидкость. - Л.: Наука, 1990 г.
В работе исследованы условия дробления газовых пузырьков в турбулентном потоке жидкости. Свободные колебания поверхности газового пузыря могут быть вызваны турбулентными пульсациями жидкости, частота которых совпадает с частотой собственных колебаний поверхности пузырька. Условия совпадения частот колебаний приводят к резонансу колебаний поверхности и к последующему дроблению газового пузырька. Если преобладают инерционные и капиллярные силы, а силами вязкости можно пренебречь, то характер процесса дробления газового пузырька полностью определяется значением критерия Вебера We=2RρV2/σ, где R - радиус трубопровода, ρ - плотность жидкости, V - скорость жидкости, σ - поверхностное натяжение жидкости.
2. Венгерский Э.В., Морозов В.А., Усов Г.Л. Гидродинамика двухфазных потоков в системах питания ЭУ. - М.: Машиностроение, 1982 г.
В работе показано, что максимальный размер газовых пузырьков в газожидкостном потоке равен предельному, при превышении которого пузырек становится неустойчивым и дробится на более мелкие. Минимальный размер газовых пузырьков обуславливается процессом дробления. Приведены расчетные формулы для определения максимального и минимального размеров газовых пузырьков для случая их дробления турбулентными пульсациями. В частности, максимальный радиус пузырька в большей степени зависит от скорости потока (уменьшается с увеличением скорости потока) и диаметра трубопровода (увеличивается с увеличением диаметра).
Claims (4)
1. Установка гидродинамической обработки сточной воды, содержащая насос, кавитационное устройство, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы, отличающаяся тем, что в ней кавитационное устройство состоит из двух прямоточных блоков, каждый из которых содержит последовательно установленные конфузор, цилиндрическую камеру, диффузор, при этом конфузор первого блока имеет угол сужения β=(20±5°), длину L=0,08-0,45 м, диаметр выходного сечения d=0,02-0,25 м и предназначен для увеличения скорости потока обеззараживаемой воды до W≥25 м/с (с одновременным уменьшением статического давления до P=0,8-0,6 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в двухфазный турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа R≤50 мкм, с критерием Рейнольдса Re≥105); цилиндрическая камера первого блока имеет диаметр проходного сечения d=0,02-0,25 м, длину L=0,05-0,6 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой) и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,3-0,2 ата за время τ≤0,02 с; диффузор первого блока имеет угол расширения β=(12±3°), длину L=0,12-0,55 м и предназначен для уменьшения скорости потока с одновременным увеличением статического давления до Р≥1 ата (с сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде); конфузор второго блока имеет угол сужения β=(20±5°), длину L=0,07-0,4 м, диаметр выходного сечения d=0,025-0,3 м и предназначен для увеличения скорости потока до W≥20 м/с (с одновременным уменьшением статического давления до Р=1,0-0,8 ата и сопутствующим выделением растворенного в воде газа, т.е. для преобразования потока воды в турбулентный микропузырьковый поток с радиусом пузырьков газа R≤70 мкм, с критерием Рейнольдса Re≥105); цилиндрическая камера второго блока имеет диаметр проходного сечения d=0,025-0,3 м, длину L=0,06-0,65 м, соединена через дозирующее устройство с источником газа (например, с атмосферой) и предназначена для увеличения скорости турбулентного микропузырькового потока (с одновременным уменьшением за счет гидродинамических потерь статического давления до Р=0,5-0,3 ата за время τ≤0,02 с); диффузор второго блока имеет угол расширения β=(12±3°), длину L=0,12-0,6 м и предназначен для уменьшения скорости потока (с одновременным увеличением статического давления до Р≥1 ата и сопутствующим полным или частичным растворением газовых пузырьков в воде).
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней размеры элементов блоков кавитационного устройства рассчитаны и выполнены для водяных насосов производительностью 50-5000 м3/ч и напором 50-125 м.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней на входе в конфузоры блоков кавитационного устройства установлены настроечные устройства, позволяющие изменять при гидропроливках статическое давление потока воды.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в ней цилиндрические камеры блоков кавитационного устройства соединены трубопроводами через дозирующие устройства и запорные краны с источником газа в нескольких местах по длине, например, на входе и выходе потока воды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010146473/05A RU2453505C1 (ru) | 2010-11-15 | 2010-11-15 | Установка гидродинамической обработки сточной воды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010146473/05A RU2453505C1 (ru) | 2010-11-15 | 2010-11-15 | Установка гидродинамической обработки сточной воды |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010146473A RU2010146473A (ru) | 2012-05-20 |
| RU2453505C1 true RU2453505C1 (ru) | 2012-06-20 |
Family
ID=46230370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010146473/05A RU2453505C1 (ru) | 2010-11-15 | 2010-11-15 | Установка гидродинамической обработки сточной воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2453505C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611500C1 (ru) * | 2015-03-04 | 2017-02-27 | Джемали Иосифович Кравишвили | Установка гидродинамической обработки воды |
| RU2662498C1 (ru) * | 2017-07-14 | 2018-07-26 | Виталий Иванович Кияница | Способ приготовления питьевой воды из природных пресных источников |
| RU2695178C1 (ru) * | 2018-01-22 | 2019-07-22 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды |
| RU2698812C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-08-30 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка доочистки водопроводной питьевой воды |
| RU2723392C2 (ru) * | 2018-05-04 | 2020-06-11 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка обработки жидких стоков животноводческих ферм и промышленных предприятий |
| RU2725234C2 (ru) * | 2018-05-30 | 2020-06-30 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1708775A1 (ru) * | 1989-08-22 | 1992-01-30 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ окислени сточных вод и устройство дл его осуществлени |
| RU2049072C1 (ru) * | 1992-08-10 | 1995-11-27 | Саратовское муниципальное предприятие "Водоканал" | Устройство для обеззараживания сточных вод |
| JP2004174325A (ja) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Jfe Engineering Kk | 水処理装置および水処理方法 |
| RU2310611C1 (ru) * | 2006-04-20 | 2007-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Установка для обеззараживания сточных вод |
| RU2328449C2 (ru) * | 2006-02-26 | 2008-07-10 | Александр Дмитриевич Петраков | Способ обеззараживания питьевой и сточных вод и установка для его осуществления |
-
2010
- 2010-11-15 RU RU2010146473/05A patent/RU2453505C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1708775A1 (ru) * | 1989-08-22 | 1992-01-30 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ окислени сточных вод и устройство дл его осуществлени |
| RU2049072C1 (ru) * | 1992-08-10 | 1995-11-27 | Саратовское муниципальное предприятие "Водоканал" | Устройство для обеззараживания сточных вод |
| JP2004174325A (ja) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Jfe Engineering Kk | 水処理装置および水処理方法 |
| RU2328449C2 (ru) * | 2006-02-26 | 2008-07-10 | Александр Дмитриевич Петраков | Способ обеззараживания питьевой и сточных вод и установка для его осуществления |
| RU2310611C1 (ru) * | 2006-04-20 | 2007-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" | Установка для обеззараживания сточных вод |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БОЛЬШОЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ // Под ред. Ишлинского А.Ю. - М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000, с.144. ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО ОБРАБОТКЕ ВОДЫ. Перев. с фр., под ред. Герасимова Г.Н. - СПб.: ГУП «Водоканал Санкт-Петербург», 2007, с.344-361. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611500C1 (ru) * | 2015-03-04 | 2017-02-27 | Джемали Иосифович Кравишвили | Установка гидродинамической обработки воды |
| RU2662498C1 (ru) * | 2017-07-14 | 2018-07-26 | Виталий Иванович Кияница | Способ приготовления питьевой воды из природных пресных источников |
| RU2695178C1 (ru) * | 2018-01-22 | 2019-07-22 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды |
| RU2698812C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-08-30 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка доочистки водопроводной питьевой воды |
| RU2723392C2 (ru) * | 2018-05-04 | 2020-06-11 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка обработки жидких стоков животноводческих ферм и промышленных предприятий |
| RU2725234C2 (ru) * | 2018-05-30 | 2020-06-30 | Юрий Ефимович Ващенко | Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010146473A (ru) | 2012-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2453505C1 (ru) | Установка гидродинамической обработки сточной воды | |
| US7585416B2 (en) | Apparatus for filtration and disinfection of sea water/ship's ballast water and a method of same | |
| AU2008282848B2 (en) | Mobile station and methods for diagnosing and modeling site specific effluent treatment facility requirements | |
| US9776893B2 (en) | Mobile station for diagnosing and modeling site specific effluent treatment facility requirements | |
| KR101310673B1 (ko) | 해수 및 선박의 밸러스트수의 소독 장치 및 그 방법 | |
| Zhang et al. | Physicochemical characteristics and the scale inhibition effect of air nanobubbles (A-NBs) in a circulating cooling water system | |
| US7803272B2 (en) | Water treatment system | |
| RU2611500C1 (ru) | Установка гидродинамической обработки воды | |
| Kim et al. | The performance of the sludge pretreatment system with venturi tubes | |
| RU179223U1 (ru) | Гидродинамический кавитатор для обеззараживания жидкости | |
| RU2396216C1 (ru) | Устройство для обеззараживания воды | |
| KR100777957B1 (ko) | 수처리 방법 및 수처리 장치 | |
| RU2342329C1 (ru) | Установка для обеззараживания сточных вод | |
| RU2328450C2 (ru) | Технологическая линия для обеззараживания сточных и природных вод | |
| RU2328449C2 (ru) | Способ обеззараживания питьевой и сточных вод и установка для его осуществления | |
| RU2351715C1 (ru) | Система водоснабжения населенного пункта | |
| RU2310611C1 (ru) | Установка для обеззараживания сточных вод | |
| CN210367296U (zh) | 一种紫外-加氯-超声波强化杀菌预处理装置 | |
| TR2023009615A2 (tr) | Ultra i̇nce kabarciklar i̇çeren sivi bi̇leşi̇mleri̇nde kullanilan aparat ve bu aparatin uygulama yöntemi̇ | |
| RU2018120075A (ru) | Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды | |
| KR20070102099A (ko) | 수 처리용 막 분리공정에서 초음파장치를 활용한투과속도의 개선방법과 초음파 세정장치 | |
| Kaskote | Assessment of nanobubble aeration performance in treating poultry slaughterhouse wastewater | |
| RU2284964C1 (ru) | Способ стерилизации водных систем | |
| Tănase et al. | Hydrostatic Load Influence on Water Oxygenation Process | |
| WO2023144411A1 (en) | Water treatment method and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131116 |