СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЖИДКОЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/50 C02F1/32 

Изобретение относится к способам обеззараживания природных и сточных вод оптическим излучением, включая УФ-излучения, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Известен способ обеззараживания питьевой воды, в котором ее обрабатывают последовательно УФ-излучением в дозе (0,24 0,325) мДж/см² и антимикробным агентом-ионами меди в количестве (0,75 1) мг/л. При реализации этого способа за 30 мин при высокой исходной степени заражения (10⁷ единиц в 1 мл воды) достигается наряду с эффектом обеззараживания и консервирующий эффект [1]
Недостатком этого способа является низкая производительность в сочетании с высокой стоимостью, связанной с необходимостью использования ионов меди. Кроме того, этот способ не обеспечивает уничтожение присутствующих в воде нефтепродуктов.

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий обработку текучей среды УФ-излучением, отличающийся тем, что обработку каждого объема среды осуществляют серией из нее менее, чем двух импульсов оптического излучения длительностью каждого импульса в интервале (10^-3 - 10^-5)с, с суммарной энергией в серии, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде в диапазоне ε = (10^-3÷10) Дж/см³ в полосе длин волн (0,2^oC4,5) мкм [2]
Указанный способ обеспечивает комплектность воздействия, а именно быстрое чередование в среде обитания биоструктур аномальных условий, вызываемое воздействием серией импульсов оптического излучения с последующим их возвращением в исходное состояние приводит к дизориентации способности этих структур к выживанию. Этот способ отличается высокой степенью обеззараживания и универсальностью, однако, он, как и предыдущий способ, не обеспечивает полного уничтожения органических веществ присутствующих в воде (в нефтегазодобывающих регионах, в населенных пунктах, вблизи АЗС и т.д.)
Задача изобретения создание способа обеззараживания текучих сред без применения дизенфектантов и реагентов, который обеспечивает уничтожение в названных средах органических веществ.

Это достигается тем, что по сравнению с известным способом, состоящим в облучении потока текучей среды серией из нее менее чем 2 импульсов оптического излучения с шириной спектра (0,2 4,5) мкм, новым является то, что при этом обеспечивается импульсное облучение среды в контакте с окислителем, например с воздухом, причем, обеспечивается мощность излучения, превышающая порог вспышки нефтепродуктов.

Многократное облучение среды импульсами с длительностью каждого импульса не более 0,1 D, мощностью, превышающей порог вспышки нефтепродуктов в среде окислителя, приводит к практически мгновенному воспламенению органики с образованием дымных выбросов от каждого импульса. Процесс выжигания органики предлагаемым способом продолжают до тех пор, пока существуют дымные выбросы. Этот процесс наиболее экономичен, т.к. в нем энергопотери практически отсутствуют (механизм теплопроводности слишком инерционен, чтобы обеспечить за время действия излучения в каждом импульсе значительный отток энергии из зоны ее поглощения (т.е. от поглощающей органической пленки на поверхности жидкости).

Способ осуществляют следующим образом.

В зону действия излучения подают текучую зараженную микроорганизмами среду. Одновременно в зоне действия излучения обеспечивают контакт органической фазы, присутствующей в зараженной среде с окислителем. Производят обработку органической фазы одной или несколькими сериями из не менее, чем двух импульсов, с длительностью каждого импульса, не более 10^-1 с, шириной спектра (0,2 4,5) мкм, причем обеспечивают превышение плотности энергии в каждом импульсе, энергетического порога вспышки органики в среде окислителя и одновременно концентрации энергии, достаточной для обеззараживания от присутствующих в среде микроорганизмов. При действии серии импульсов с такими параметрами происходит воспламенение и выгорание органики в зоне действия излучения и обеззараживания среды в этой зоне.

Контроль достаточности обеззараживания осуществляют анализом отобранных проб, а полное выгорание органики устанавливают по прекращению дымных выбросов. Обеззараженную и очищенную среду выводят из зоны действия излучения, а вместо ее вводят новый объем исходной зараженной и насыщенной органикой среды. Процесс многократно повторяют по указанному способу с новыми и новыми объемами исходной среды до тех пор, пока не будет обработана вся исходная среда, или продолжают непрерывно при неограниченном объеме исходной среде.

Промышленная применимость способа подтверждена следующими примерами реализации выполнения.

Пример 1. Удаление органики на поверхности воды. Источник мощного импульсно-периодического излучения устанавливается над движущейся поступательно загрязненной органикой (нефтепродуктами) поверхностью (ручьи, реки, сливные коллектора очистных сооружений сельскохозяйственных или промышленных предприятий). В этом случае обеспечивают бесконечную серию импульсов с энергией E_o= 2 Дж/см². На большой поверхности органика (например, ГСМ автомобильного транспорта) распределяется тонким слоем (вплоть до мономолекулярного). Энергия для воспламенения требуется небольшая: E_o=0,5 Дж/см². Для надежности выгорания мощность излучения на поверхности пленки обеспечивают намного превышающей пороговую мощность для воспламенения в центре зоны обработки. По этому используем излучение с длительностью импульса t_o ≈ 10^-4c, что обеспечивает мощность E_o/t_o ≈ 2•10⁴ Вт/см², минимум в 4 раза превышающую определенную экспериментально пороговую мощность q_o ≥ 0,5 Дж/см² во всей зоне обработки ширина зоны обработки 2l должна удовлетворять условию l≅R E_o/E (1), где R расстояние о центра излучателя до облучаемой поверхности, E_o - плотность энергии падающего на пленку излучения, Е плотность энергии еще обеспечивающая воспламенение пленки. При этом в каждом импульсе или в каждой серии импульсов будет выгорать пленка площадью S≅2lL, где L длина излучателя. Период времени между импульсами или сериями импульсов определим из соотношения Т 2 l /V, где V [см/c] линейная скорость поступательного движения потока среды. Как следует из соотношения (1). При R 10 см 2 l 40 см, тогда при V 6 см/с, Т 40/6 7 с. Число импульсов в серии определено по прекращению дымных выбросов.

Пример 2. При необходимости обработки больших площадей (загрязненная нефтепродуктами поверхность болот, рек, озер) источник устанавливается на плавучем транспортном средстве. При его перемещении по загрязненному органикой водному участку источник последовательно выжигает смежные участки пленки органической жидкости. Время выжигания сравнимо с длительностью импульса (не более 10^-1 с).

Воспользуемся теми же параметрами излучения, как и в предыдущем примере, а именно Е_o= 2 Дж/см, t_o 10^-3с, тогда при l 10 см и V 6 см/с (скорость перемещения транспортного средства) 2l ≈ 40 cм, Т 7 с. При L 200 см с учетом того, что в сутках Т_o 86400с, производительность выжигания составляет S 2lL T_o/T 8000 • 12340 ≈1,0•10⁹ см² ≈ 1,0•10⁵ м² ≈ 0,1 км².

Другой режим: E₀= 5 Дж/см², t_o=19^-4 c. Учитывая, что плотность энергии убывает не более, как 1/R, находим, что для E_o 0,5 Дж/см² по расстояние до пленки должно быть R' ≈ 10 R, откуда l ≈ 10 R, при R 10 см, 2 l 200 см, откуда производительность выжигания составляет S 2 lL T_o/T 2•30000•43200 ≈ 2,6 • 10¹⁰ см²/сут 2,6 • 10⁶ м²/сут ≈2,6 км²/сут. Пример 3. Для обеззараживания сточной воды животноводческой фермы в нефтегазодобывающем регионе. Эту воду подавали в камеру с размещенным в ней импульсным оптическим излучателем одновременно в камеру с зараженной микроорганизмами и насыщенной органической фазой водой подавали сжатый воздух. Производили обработку каждого проходящего через камеру объема воздушно-жидкой смеси, воздух в которой присутствует в виде равномерно распределенных по объему пузырьков, серией из 2 3 импульсов с t_o=10^-3 c, плотностью энергии Е_o ≈ 5Дж/см² и интервалом времени между импульсами t_n 3 с. Обработанную среду выпускали из камеры, подавали в камеру обратно и обрабатывали в том же режиме еще раз. Затем снова выпускали, подавали в камеру еще раз и обрабатывали в том же режиме. Каждый раз отбирали пробы на анализ и контролировали дымные выбросы. Обработку прекращали тогда, когда было достигнуто полное обеззараживание и прекращались дымные выбросы. Полученные режимы и зафиксированное количество импульсов использовали для контроля, промышленной обработки по предлагаемому способу исходной воды, которую постоянно контролировали на содержание микрофлоры органики.

Использование: обеззараживание сточных вод. Технический результат: при сохранении высокой эффективности обеззараживания жидкости от микроорганизмов различных типов (вирусов, бактерий, паразитов) способ обеспечивает уничтожение в этой жидкости органических веществ. Сущность изобретения: способ заключается в обработке потока текучей среды серией из не менее, чем двух импульсов оптического излучения длительностью каждого импульса не более 10^-1С с шириной спектра (0,2 - 4,5) мкм в среде окислителя, например воздуха, при этом обеспечивают мощность импульсного оптического излучения каждого импульса, превышающую порог воспламенения органических веществ, находящихся в текучей среде, и ведут обработку одной или несколькими сериями импульсов до прекращения дымных выбросов от сгорания органики в среде окислителя. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ обеззараживания жидкой среды путем ее обработки оптическим излучением в контакте с окислителем, отличающийся тем, что обработку каждого объема среды проводят не менее чем двумя импульсами с длиной волны 0,2 4,5 мкм и длительностью не более 10^- 1с, причем обеспечивают мощность излучения в каждом импульсе, превышающую порог воспламенения органических веществ в среде окислителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку объема среды импульсами ведут до прекращения дымных выбросов.