СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/467 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам обеззараживания хозяйственных и технических вод, а также может быть использовано в качестве способа обеззараживания любых жидких сред.

Известен способ обеззараживания сточных вод производств медицинских препаратов, заключающийся в том, что перед сбросом их в городскую канализацию применяют метод каталитического окисления Н₂О₂ с гетерогенными катализаторами (пиролюзит, силикагель с палладиевым покрытием) или окислением Н₂О₂ и действием УФ-излучения. Обработанная вода нетоксична по отношению к микроорганизмам активного ила и может быть направлена на последующую биохимическую очистку [1]
Недостатками известного метода являются:
высокая длительность процесса;
многостадийность способа, обусловленная необходимостью последующей биохимической очистки;
высокие материальные затраты, связанные с расходованием реагентов;
необходимость регенерации катализатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению [2] является способ обеззараживания жидкостей, включающий обработку реакционной смеси высоковольтным импульсным разрядом, создаваемым над ее поверхностью. В качестве одного из электродов используют поверхностный слой жидкости. Процесс осуществляют в присутствии кислородсодержащего газа (технический кислород), при амплитуде напряжения высоковольтного импульсного разряда 100-500 кВ, который обеспечивает условия для образования температуры, значительно повышающей температуру кислородсодержащего газа. В реакционной камере образуются ионы: O^-, O₂^-, O₃^-, H₂O^-, OH^- и другие, возникающие в процессе непрерывно следующих дискретных импульсных разрядов, и происходит ряд химических реакций с дополнительным образованием высокореакционных окислителей. При этом толщина слоя жидкости 1-5 мм. Промышленные стоки и другие жидкости, обрабатываемые по данному способу, предварительно подвергает фильтрации.

Основными недостатками прототипа являются
низкая степень обеззараживания, обусловленная низкой эффективностью процесса;
высокая длительность процесса обеззараживания;
многостадийность способа, обусловленная необходимостью предварительной фильтрации жидкостей с последующей обработкой высоковольтным импульсным разрядом;
необходимость повышенных требований к технике безопасности, связанные с получением высоковольтного импульсного разряда 100-500 кВ;
высокие материальные и энергетические затраты, обусловленные необходимостью присутствия в зоне реакции кислородсодержащего газа (кислород технический О₂ 93% N₂ 7%).

Целью изобретения является сокращение времени обработки жидкости, упрощение способа и повышение его безопасности.

Это достигается тем, что в известном способе обеззараживания жидкостей, согласно изобретения процесс ведут в тлеющем разряде, при пропускании реакционной смеси в виде струи, через катод и анод, выполненный в виде кольца из электропроводного материала, изолированных между собой, через кольцевую зону действия тлеющего разряда, с параметрами U0,35-8 кВ; I 40-350 мА; Р 0,1-100 мм рт.ст. с кольцевым зазором между наружной поверхностью струи и кольцевым электродом (анодом) 1-40 мм. Причем одновременно может быть использовано действие постоянного магнитного поля.

При прохождении жидкости в виде струи через кольцевую зону воздействия тлеющего разряда, а следовательно, через электрическое поле, микроорганизмы ориентируются вблизи поверхности струи, которая в результате действия разряда в реакционной зоне приобретает свойства, присущие области катодного свечения. Эта зона наиболее эффективна, так как она несет ответственность за реализацию неравномерности процесса и гибель микроорганизмов. Этот эффект может быть усилен за счет наложения магнитного поля, способствующего росту числа элементарных актов химических превращений и повышению скорости частиц, отвечающих за эти превращения.

Таким образом, указанная цель может быть достигнута при прохождении жидкости в виде струи через кольцевую зону воздействия тлеющего разряда с параметрами U 0,35-8 кВ, I 40-350 мА и Р 0-100 мм рт.ст. с кольцевым зазором между наружной поверхностью струи и кольцевым электродом 1-40 мм. Одновременно может быть использовано действие постоянного магнитного поля.

П р и м е р. Воду с концентрацией микроорганизмов 10¹² особей/л в виде струи подают через кольцевую зону действия тлеющего разряда с параметрами U 0,35 кВ; I 40 мА; Р 50 мм рт.ст. с кольцевым зазором между наружной поверхностью струи и кольцевым электродом 1 мм. Причем одновременно используют действие постоянного магнитного поля. Время обработки 19 с при 100%-ном обеззараживания.

Результаты сопоставительных испытаний известного и предлагаемого способа представлены в таблице.

Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что интенсивность обеззараживания зависит от тока разряда и растет по мере его увеличения. Однако при I > 350 мА возникает дуговой разряд, приводящий к повышенному разогреву и испарению реакционной массы, снижающих эффективность способа, а при I < 40 мА тлеющий разряд неустойчив.

Оптимальная область давлений составляет 0,1:100 мм рт.ст. При реализации процесса с большими значениями давления активная зона реакции уменьшается, что в итоге приводит к возникновению дугового разряда.

При увеличении расстояния от внутренней части анода до поверхности струи больше 40 мм имеет место значительное повышение энергозатрат. В случае снижения этого параметра менее 1 мм процесс не эффективен.

Наиболее устойчивыми микроорганизмами прототипа являются Aerobacter cloacae и Aerobacter agrogenes, которые относятся к семейству Enterobacteriacae. К этому же семейству принадлежат бактерии E. coli, являющиеся санитарными показателями загрязнения окружающей среды вследствие своей большей устойчивости к воздействию внешних факторов. Необходимо подчеркнуть, что устойчивость бактерий в растворе определяется не только специфическими биологическими свойствами, но и их концентрацией, которая для условий предлагаемого способа на несколько порядков выше по сравнению с прототипом.

Из приведенных в прототипе данных следует, что время обработки самых устойчивых микроорганизмов (Aerobacter cloacae) при концентрации их в воде 10⁹ особей/л составляет 27. В предлагаемом техническом решении представлены данные по обеззараживанию более устойчивых бактерий с концентрацией системы, в 1000 раз превышающей концентрацию микроорганизмов прототипа. При этом длительность процесса снижается в 1,4-4,5 раз при степени обеззараживания 100%
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить длительность процесса обеззараживания; снизить напряжение в 31-714 раз и, как следствие, повысить безопасность способа; снизить материальные затраты (технический кислород); исключить стадию предварительной фильтрации жидкости.

При обеззараживании жидкости используют анод, выполненный в виде кольца, жидкость подают в виде струи, а обработку жидкости ведут тлеющим разрядом постоянного напряжения 0,35 8,0 кВ и силе тока 40 200 мА при давлении в зоне разряда 0,1 100 мм рт. ст. и расстоянии между поверхностью струи и внутренней поверхностью анода 1 40 мм. 1 табл.

СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, включающий обработку жидкости электрическим высоковольтным разрядом, создаваемым с помощью электродов, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени обработки, упрощения процесса и повышения его безопасности при сохранении высокой степени обеззараживания, анод выполнен в виде кольца, жидкость подают в виде струи, а обработку ведут тлеющим разрядом постоянного напряжения 0,35 8,0 кВ и силе тока 40 200 мА при давлении в зоне разряда 0,1 100,0 мм рт.ст. и расстоянии между поверхностью струи и внутренней поверхностью анода 1 40 мм.