Пристрій для обробки води

Винахід стосується охорони навколишнього середовища, області очищення і знезаражування промислових і побутових стічних вод, а також поверхневих вододжерел від різних за видом та характером забруднень, зокрема, обробки мутних водяних середовищ у протоці. Проблема охорони навколишнього середовища є однією з найбільш серйозних проблем, оскільки потреба населення в достатній кількості води необхідної якості завжди залишається життєво важливою. У воді поверхневих вододжерел поряд із домішками природного походження містяться і різного роду хімічні забруднення (пестициди, феноли, нафтопродукти, солі важких металів і ін.), що обумовлено, у тому числі, скиданням у водойми недостатньо очищених виробничих і побутових стічних вод. Застосовувані в даний час технології й установки для обробки води далеко не завжди забезпечують необхідний ступінь очищення й знезаражування водяних середовищ. Відомий пристрій для обробки води (ЕР №0655417, 1995), що складається із двохсекційного корпусу з вузлами подачі води на очищення й відводу очищеної води. У першій за ходом руху води секції розташований ультразвуковий вібратор, а в другій - лампа ультрафіолетового випромінювання у кварцовому чохлі. Подавану на очищення воду піддають впливу ультразвукових коливань у кільцевому каналі першої секції з наступною обробкою ультрафіолетовим випромінюванням у другій секції реактора. До недоліків цього пристрою відноситься те, що при використанні одного джерела ультразвукового випромінювання й одного ультрафіолетового - зони впливу ультразвуку й ультрафіолету розділені. Це веде до значних енергетичних витрат ультразвуку при очищенні кварцового чохла ультрафіолетового випромінювача від біообростань та відкладень солей. Ультразвуковий вплив на водяне середовище у вузькому каналі не дозволяє використовувати повністю переваги єдиного ультразвукового випромінювача, оскільки відсутні зони концентрації ультразвукового поля, а використання одного джерела ультрафіолетового випромінювання обмежує продуктивність пристрою і не забезпечує достатній ступінь очищення. Відомий пристрій для обробки водяних середовищ [Патент РФ №2067079, 1996], що містить проточний корпус з вузлами подачі води на обробку і відводу обробленої води, що складається з одної чи декількох секцій, що містять один чи кілька ультразвукових перетворювачів. Один із варіантів виконання відомого пристрою являє собою корпус у вигляді прямого циліндра з коаксіально розташованим у ньому циліндричним ультразвуковим перетворювачем. Оброблюване водяне середовище піддають обробці в одному чи декількох полях стоячих ультразвукових хвиль, при цьому під дією ультразвуку відбувається виділення (флокуляція, осадження, агломерація або коагуляція) розчинених, суспендованих або емульгованих у водяному середовищі інгредієнтів або мікроорганізмів із наступним їх відділенням. Недоліком цього пристрою є низький ступінь знезаражування оброблюваного водяного середовища, тому що при обробці в пристрої відбувається лише часткове видалення патогенної мікрофлори, яка знаходиться на твердих частках і також те, що обробку ведуть при низьких рівнях акустичної потужності ультразвукових коливань. Відомий пристрій для обробки води (Свідоцтво на корисну модель РФ №13209, 2000), що містить циліндричний корпус із вузлами подачі води на обробку і відводу обробленої води, у основі якого виконані отвори, а усередині розташовані поперечні дископодібні перегородки із отворами й лампи ультрафіолетового випромінювання в чохлах із прозорого для УФ випромінювання матеріалу, установлені паралельно твірній циліндричного корпусу по колу й у центрі. Пристрій дозволяє підвищити ступінь знезаражування оброблюваної води, однак стінки корпусу і захисних чохлів ламп ультрафіолетового опромінення зазнають біообростання і відкладення солей, особливо при експлуатації пристрою для високомутних водяних середовищ, що приводить до зниження продуктивності пристрою і підвищенню енергетичних витрат на одиницю оброблюваного об'єму. Відомий пристрій для обробки води [Патент США №5130031, 1992]. У запропонованому пристрої оброблювану суспензію піддають одночасному впливу ультразвуку й ультрафіолету, однак, джерела ультрафіолетового випромінювання розташовані зовні посудини, у якій обробляють суспензію, по його периметру. Це істотно знижує ефективність обробки, оскільки дозволяє рівномірно обробляти лише невеликі об'єми суспензії, що піддається обробці. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є пристрій для обробки водяних середовищ (Заявка РСТ №WО 00/58224, 2000), що складається із циліндричного корпусу із коаксіально розташованою в ньому лампою ультрафіолетового випромінювання із захисним кварцовим чохлом і вузлами подачі водяного середовища на обробку, ультразвукової обробки й відводу обробленої води. Пристрій у порівнянні з перерахованими вище дозволяє одночасно підвищити ступінь очищення й знезаражування оброблюваного водяного середовища за рахунок впливу на нього ультразвуком і ультрафіолетом у єдиному акустичному полі і при цьому знизити біообростання і відкладення солей на стінках корпуса і захисному чохлі лампи ультрафіолетового випромінювання. Недоліками цього пристрою є обмеження об'єму оброблюваного водяного середовища через неоднорідний розподіл інтенсивності ультразвукових коливань в об'ємі пристрою, а для підвищення ефективності обробки потрібно збільшення часу експозиції. Крім того, щоб забезпечити необхідну продуктивність, з'єднують, як правило, паралельно кілька пристроїв, що приводить до збільшення металоємності й енергетичних витрат. В основу винаходу поставлена задача створення багатофункціонального універсального пристрою з невисокими металоємністю й енерговитратами для обробки вихідної води будь-якого складу. Технічний ефект від використання запропонованого пристрою полягає в підвищенні ступеня очищення водяних середовищ від органічних, неорганічних, токсичних забруднень і підвищенні ступеня знезаражування патогенної мікрофлори при одночасному скороченні часу обробки й зниженні енерговитрат. Крім того, пристрій дозволяє запобігти біообростанню і відкладенню солей на внутрішній поверхні корпусу пристрою і поверхнях захисних чохлів, розташованих у корпусі ламп ультрафіолетового випромінювання. Поставлена задача розв'язується, а технічний ефект досягається за рахунок того, що в пристрої для обробки води, що містить циліндричний корпус з вузлами подачі води на обробку, обробки ультрафіолетом, ультразвукової обробки й відводу обробленої води, вузол обробки води ультрафіолетом складається з групи, що складається, принаймні, із двох ультрафіолетових випромінювачів, оснащених захисними чохлами з матеріалу, прозорого для ультрафіолетового випромінювання, і розташованих паралельно твірній циліндричного корпусу, принаймні, по одному концентричному колу, вузол ультразвукової обробки складається з двох і більш ультразвукових випромінювачів, при цьому два ультразвукових випромінювачі можуть бути розташовані безпосередньо біля основ циліндричного корпусу на його осі; два і більше ультразвукові випромінювачі можуть бути розташовані на осі корпусу на рівних відстанях один від одного; пристрій може бути оснащений групами ультразвукових випромінювачів, розташованих уздовж осі корпуса рівновіддаленими один від одного рядами по концентричним колам однакового або різного діаметрів із центрами на осі корпуса; групи ультразвукових і ультрафіолетових випромінювачів чергуються від осі корпуса до його внутрішньої поверхні; ультразвукові випромінювачі виконані змінними та у вигляді тіла обертання; тіло обертання може являти собою кулю або циліндр; відстані між ультрафіолетовими випромінювачами, ультразвуковими випромінювачами, ультрафіолетовими й ультразвуковими випромінювачами можуть бути кратними довжині напівхвилі ультразвуку; вузол відводу очищеної води пристрою може бути з'єднаний з вузлом подачі води на обробку аналогічного пристрою. Винахід пояснюється кресленнями. На Фіг.1 схематично зображений вертикальний розріз пристрою для обробки води; на Фіг.2 - вид по А-А на Фіг.1; на Фіг.3 - показаний порядок установки випромінювачів у циліндричному корпусі пристрою з чергуванням ультразвукових і ультрафіолетових; на Фіг.4 - блок, зібраний із двох пристроїв для обробки води. Для більшої наочності співвідношення розмірів між окремими вузлами й елементами на кресленнях змінено. Оброблювану воду (водяне середовище), що містить органічні і/чи неорганічні і/чи токсичні забруднення і/чи патогенну мікрофлору через вузол подачі води на обробку 2 (Фіг.1) подають у циліндричний корпус 1 пристрою для обробки води, де її піддають одночасній обробці ультразвуковим і ультрафіолетовим опроміненням у єдиному акустичному полі. Ультрафіолетові випромінювачі 3 - це лампи низького тиску з парами ртуті. Для обробки вихідної води з різними ступенем і характером забруднень і забезпеченню високого ступеня обробки (очищення і знезаражування) при оптимальному співвідношенні інтенсивності ультразвукового й ультрафіолетового опромінення на одиницю оброблюваного об'єму для води, ультразвукові випромінювачі виконані знімними для підбору випромінювачів, що мають необхідну форму та генерують ультразвукові коливання необхідної потужності та частоти. Під впливом ультразвукового випромінювання відбувається інтенсивне утворення парогазових каверн і інтенсивних пульсуючих вихрів по всьому об'єму пристрою, що веде до розриву ланцюгів білків, жирів і вуглеводів, ушкодженню оболонок мікроорганізмів і руйнуванню їх на клітинному рівні при схлопуванні каверн. Одночасно відбувається процес об'ємного знегажування рідини. В мікроскопічних пухирцях розчиненого у воді повітря, що утворюються при цьому під впливом ультрафіолетового випромінювання напрацьовуються активні радикали й окислювачі, наприклад, озон, що сприяють більш інтенсивному протіканню фотохімічних реакцій, прискоренню окислювання розчинених у воді органічних забруднень і інактивації патогенної мікрофлори. Представлене розташування ультразвукових і ультрафіолетових випромінювачів в об'ємі циліндричного корпусу сприяє інтенсивному перемішуванню оброблюваної води, що також сприяє підвищенню ступеня очищення й знезаражування води. При розміщенні тільки двох ультразвукових випромінювачів їх краще розташувати безпосередньо біля основ циліндричного корпусу на його осі, що дозволить ультразвуковому полю займати весь об'єм циліндричного корпусу 1, включаючи вузол подачі води на обробку 2 і вузол відводу очищеної води 5. Ультразвукові випромінювачі виконують змінними та у вигляді тіла обертання, наприклад, у формі кулі або циліндра, відстані між ультрафіолетовими випромінювачами, ультразвуковими випромінювачами, ультрафіолетовими й ультразвуковими випромінювачами повинні бути кратні довжині напівхвилі ультразвуку - це дозволяє потужним окислювачам, що утворюються в процесі одночасного впливу на воду ультрафіолетового випромінювання, ультразвуку й акустичних коливань, розподілитися по оброблюваному об'єму однорідно (рівномірно). Очищену й знезаражену воду через вузол відводу очищеної води 5 відводять, наприклад, споживачеві. Інше виконання пристрою - із розташуванням ультрафіолетових і ультразвукових випромінювачів, що чергуються, порядок установки яких наведено на Фіг.3. Таке розташування ультразвукових і ультрафіолетових випромінювачів ще більше розширює функціональні можливості установки для обробки води в разі потреби обробки великих об'ємів води в одному пристрої. Вузол відводу очищеної води 5 пристрою може бути з'єднаний з вузлом подачі води на обробку 2 аналогічного пристрою для обробки води (Фіг.4). Послідовне з'єднання двох пристроїв значно підвищує надійність системи і ще більш збільшує її знезаражуючі властивості. Для збільшення продуктивності здвоєні пристрої (дві послідовно з'єднані установки) можуть збиратися в паралельно працюючі ланцюжки з утворенням очисних комплексів, станцій і т.п., при цьому завжди бажано мати один резервний ланцюжок. Запропонований пристрій дозволяє провести практично повне знезаражування, тобто цілком знищити будь-які форми (у тому числі спорові) мікроорганізмів, віруси і найпростіші в концентраціях до 106од/л і кількості, яка недосяжна для традиційних технологій, за рахунок того, що потужні окислювачі, що утворюються в процесі одночасного впливу на воду ультрафіолетового випромінювання, ультразвуку й акустичних коливань, розподіляються по оброблюваному об'єму однорідно (рівномірно). Пристрій абсолютно не піддається біообростанню і відкладенню солей. Енергетичні витрати на 1м3/год оброблювані води не перевищують 5-8Вт для питної води і 15-20Вт для стічних вод. Наявність у запропонованому рішенні розташованих усередині одного корпусу груп ультразвукових (принаймні, двох) і ультрафіолетових (не менш двох) випромінювачів із відомих авторам джерел інформації не виявлено, що дозволяє зробити висновок про відповідність запропонованого технічного рішення критерію «новизна». Кращий варіант здійснення винаходу На Фіг.1 і 2 зображений кращий варіант виконання пристрою для обробки води, що містить циліндричний корпус 1 із вузлом подачі води на обробку 2, п'ять ультрафіолетових випромінювачів 3, розташованих усередині корпуса 1 паралельно твірній циліндричного корпусу по одному концентричному колу, із захисними чохлами, виконаними з матеріалу, прозорого для ультрафіолетового випромінювання, і чотири кулеподібних ультразвукових випромінювача 4, розташовані на подовжній осі циліндричного корпуса 1 і рівновіддалених один від одного на відстань, кратну довжині напівхвилі ультразвуку ультразвукового випромінювача 4, а також вузол відводу очищеної води 5, при цьому два крайніх ультразвукових випромінювачі 4 розташовані безпосередньо біля основ циліндричного корпуса 1. На Фіг.2 видно, що ультразвуковий випромінювач 4 розташований на осі циліндричного корпусу 1, а ультрафіолетові випромінювачі 3 розташовані по концентричному колу на рівних відстанях один від одного. Відстані між ультрафіолетовими випромінювачами 3, а також між ультрафіолетовими випромінювачами 3 і ультразвуковими випромінювачами 4 кратні довжині напівхвилі ультразвуку ультразвукового випромінювача 4. Порівняння основних показників води до і після обробки в запропонованому пристрої наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Показники Термотолерантні коліформні бактерії, у 1л Коліфаги БОЕ/л (по фату MS2) ОМЧ Яйця гельмінтів Цисти лямблій ХПК, мгО2/л БПК5, мгО2/л Зважені речовини, мг/л До обробки 4,6x10 7 47786 3,4x104 виявлені виявлені 52 4,9 8,8 Після обробки