СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ГАЛОГЕНИРОВАННЫЙ ЭТИЛЕН, И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/30 

Изобретение относится к способам обработки воды, в частности очистки вод, содержащих галогенизированный этилен, преимущественно грунтовых вод, являющихся технической или питьевой водой для людей и животных, а также к устройству для осуществления способа.

Загрязнение окружающей среды и все увеличивающееся загрязнение вод делают в значительно возрастающем размере опасным потребление людьми, а также животными и растениями воды из подземных источников или колодцев, а также из стоячих или проточных бассейнов. В последние годы, обусловленное прежде всего неконтролируемым потреблением растворителей в промышленности, домашнем хозяйстве и кустарном производстве, загрязнение указанных вод галоидированным углеводородом, в частности три- и перхлорэтиленом, зачастую также дихлорэтиленом, очень быстро вырастает в такую проблему, которая до сих пор решалась неудовлетворительно и с большими расходами с помощью имеющихся в распоряжении способов обработки воды.

Такой способ уменьшения содержания галоидированного углеводорода в питьевой воды для снабжения областей с высокой концентрацией промышленности сегодня представляет собой адсорбцию указанных вредных веществ активированным углем. Существенным недостатком этого способа, наряду с зачастую неудовлетворительной эффективностью, является высвобождение вредных веществ, удаляемых при регенерации активированного угля из воды без изменения их с последующим раздельным удалением.

Известен способ, в котором при обработке воды, загрязненной оксидантами, например хлором, пероксидом углерода или озоном, практически не получается существенного распада галогенированных олефинов. В другом способе загрязненная таким образом вода подвергалась комбинированной обработке озоном и ультрафиолетовым облучением (G. Reyton u. w. Glasse Environ Sei Technol 22, 761-767, 1988). Этот способ дает в результате очень незначительную производительность при обработке в таких количествах, которые необходимы при водоснабжении. Опыты с гамма-излучением показали, что здесь хотя и достигается приемлемая степень разложения, однако необходимые для этого затраты времени вследствие невысокой производительности слишком велики и поэтому получается невысокая пропускная способность, например, из (Gehringer et al z. Wasser-Abwasser-Forsch, 19, 196-203, 1986).

Эксперименты с обработкой загрязненной воды электронным облучением показали, что по сравнению с гамма-облучением для определенного разложения галогенида водорода требуется значительно более высокая доза облучения. Особенно непроницательно возрастают дозы электронного облучения, если требуется степень разложения свыше 90%
При исследовании эффекта гамма-излучения в сочетании с озоном (Gehringer et al Water Res. 22, 645-646, 1988) наблюдалось повышение степени разложения галогенизированных олефинов, тем не менее на основе наблюдаемого эффекта повышения степени разложения этот технический способ обработки воды непригоден, если требуется большая пропускная способность. Наряду с этим при применении источника гамма-излучения возникает риск загрязнения обрабатываемой воды радиоактивным материалом.

В отношении механизма разложения олефинов, содержащих галогены, в воде с помощью ионизирующего облучения и озона следует заметить, что эти олефины практически непосредственно не реагируют с озоном. Более того, их разложение происходит под действием ОН-радикалов, образующихся в облучаемой воде и дополнительно под воздействием определенных продуктов, полученных радиолизом воды на озон.

В основу изобретения положена задача создать способ и установку для обработки воды, загрязненной галогенированным олефином, обеспечивающих при обработке большого количества воды, обычного для водоснабжения, с меньшими расходами по сравнению с ранее описанной дезактивацией активированным углем эффективное снижение упомянутых вредных веществ в воде без применения радиоактивных материалов в качестве источника необходимой для этого энергии излучения.

По сравнению с гамма-излучением ускорители электронов имеют не только преимущество, заключающееся в том, что они дают излучение без применения радиоактивных материалов, но в том, что они имеют значительно более высокую дозу мощности облучения.

Однако с предпочтительной более высокой мощностью излучения связан приобретающий все большее значение недостаток, а именно: известно, что при увеличении мощности облучения значительно возрастает реакция рекомбинации OH-радикалов, вследствие чего эти радикалы, обеспечивая только окислительное разложение галогеноолефинов, в значительной мере теряют свою способность к реакции разложения.

Поэтому при высоких дозах мощности облучения, получаемых на установке электронного облучения, следует рассчитывать на сверхпропорциональное понижение концентрации OH-радикалов вследствие этих потерь рекомбинации, в связи с чем этот вид облучения не может привлекать специалистов для дезактивации большого количества воды.

Совершенно неожиданно было обнаружено, что при воздействии облучения электронами при одновременном поддержании определенной концентрации озона в подлежащей обработке воде достигается высокая степень разложения, во много раз повышающая этот показатель по сравнению с воздействием других видов облучения и озона.2 Предметом изобретения является способ и установка вышеуказанного типа, в которой воды подвергается воздействию озона и энергоемкого, ионизирующего излучения, которое заключается в том, что составные элементы имеющихся в соответствии с вышеизложенным галогенированного этилена и/или вредных веществ, влияющих в основном на качестве питьевой воды или аналогичную воду и/или воды, имеющей после предварительной обработки озон, и/или воды, смешанной с озоном, в частности родниковой воды, подвергаются обработке в потоке облучением электронами, причем концентрация озона в воде регулируется таким образом, что вода, в основном, непосредственно после выхода из зоны облучения имеет концентрацию озона не менее 0,1 мг/л.

Таким образом, была создана технология, заключающаяся в комбинации облучения электронами и применении озона, которая обеспечила достижение высокой степени разложения, в этом числе на установке облучения электронами при высоких дозах мощности облучения с применением при обработке более низких доз облучения.

При выходе воды из зоны облучения концентрация озона должна составлять 0,1 мг/л и выше, потому что за счет этого обеспечивается во всем диапазоне излучения достаточное количество озона для получения синергетического эффекта от совместного повышения облучения электронами и озоном.

Под галогенированным этиленами в основном понимаются углеводороды, имеющие олефиновые двойные соединения, содержащие галогены, причем веществами, создающими проблемы для воды, являются в особенности три- и тетрахлорэтилен и возможно также дихлорэтилен.

Под "областью воздействия облучением электронами" понимается такая объемная часть воды, которая получается при умножении площади окна для прохождения электронов на его высоту.

Особым преимуществом изобретения является то, что за счет высокой степени разложения упомянутых вредных веществ может обеспечиваться высокая пропускная способность дезактивированной воды, что особенно важно для санитарной обработки больших, хотя и имеющих качество питьевой воды, но содержащих хлорированный этилен в незначительном, но не допустимом для организма человека.

Другое существенное преимущество заключается в том, что вследствие полного разложения галогенированных олефинов в полностью безвредные вещества, в основном в угловую кислоту и ионы хлоридов, может отпасть необходимость дополнительного удаления из воды вредных веществ, необходимого в случае применения способа обработки с применением активированного угля.

Поддержание необходимой концентрации озона наиболее благоприятным образом согласно предпочтительному варианту осуществления способа может быть облегчено за счет того, что концентрация озона в подлежащей обработке воды при входе в зону воздействия облучением электронами регулируется до, по меньшей мере, 1 мг/л, предпочтительно до значения между 1-10 мг/л.

Предложенный способ особенно рекомендуется для тех вод с низкой концентрацией, где обычные способы, вследствие высокой степени разбавления, теряют эффективность. В основном при концентрации хлорированных олефинов около 1 мг/л может наблюдаться даже ускорение разложения по сравнению с концентрациями больше этого значения.

При осуществлении способа предпочтительно, если воду, содержащую галогенированный этилен до 1000 мг/л, подвергают воздействию озона и облучению электронами.

Если для надежного поддержания указанной минимальной концентрации, равной 0,1 мг/л озона, как это предусматривается согласно предпочтительному варианту изобретения, в проточную воду непосредственно в зоне воздействия облучения электронами дополнительно подводят озон, например поперек к направлению протекания воды, содержащей в значительном количестве бикарбоната и нитраты, содержание галогенированных олефинов снижается или исключается вовсе.

Особенно высокий синергетический эффект от совместного облучения электронами и применения озона достигается при использовании проточной камеры, высота которой больше, чем глубина проникновения электронов, если одна объемная часть воды, протекающей через проточную камеру с проникающим излучением электронов смешивается с другой объемной частью воды, приведенной, предпочтительно, в турбулентное состояние.

С помощью этих условий может быть обеспечено распространение разложения вредных веществ источником облучения от частичного объема на всю зону воздействия. За счет этого может быть достигнуто значительное повышение пропускной способности, если этого не требуется, то путем применения ускорителя электронов можно обойтись с меньшей мощностью ускорителя электронов.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения способа процесс можно вести таким образом, чтобы в основном по всей зоне воздействия облучения электронами содержание в воде растворенного озона удерживалось при значении меньшим, чем 0,1 мг/л.

Предметом данного изобретения является также устройство для осуществления способа, описанное на основе особенно предпочтительного примера осуществления с оптимальным использованием электронного облучения. Здесь следует отметить, что известное устройство, предназначенное для гигиенизации осветленных шламов сточных вод, дно которого в зоне облучения источником электроном, расположенным над ним, выполнено в виде дна с соплами для подвода кислородсодержащего газа, причем имеется устройство для подвода осветленного шлама с равномерной толщиной слоя (DE, A, 2546756).

Устройство согласно изобретению, содержащее один, по меньшей мере, ускоритель электронов и одну, по меньшей мере, камеру для обработки излучением, расположенную в зоне его излучающего конуса, имеющую соответствующие подводы и отводы для текучей среды, проходящей через камеру, которая, предпочтительно, на своей обращенной к действию излучения стороне имеет отверстия для подвода текучей среды, содержащей озон, отличается тем, что в основном в начале сливного патрубка, примыкающего к проточной камере, через которую протекает вода, содержащая галогенированный этилен, расположен чувствительный элемент для определения содержания озона, соединенный через систему управления с одним, по меньшей мере, исполнительным элементом для, по меньшей мере, одного органа, регулирующего подвод, по меньшей мере, одного трубопровода для подвода воды, обогащенной озоном.

С помощью этого устройства содержание озона в проточной камере может регулироваться особенно точно и экономично. Чувствительный элемент может быть выполнен, например, в виде проточной камеры ультрафиолетового спектро-фотометра, расположенного в байпасе, отходящем от сливного патрубка проточной камеры.

Другим объектом изобретения является применение вышеописанного устройства с одним, по меньшей мере, ускорителем электронов и одной, по меньшей мере, камерой для обработки облучением, расположенной в зоне его корпуса излучения, имеющей соответствующие подводы и отводы для текучей среды, пропускаемой через камеру, которая, предпочтительно, на стороне, обращенной в сторону излучения, имеет отверстия для подвода текучей среды, содержащей озон, причем через камеру протекает вода, содержащая галогенированный этилен, и в нее через указанные отверстия поступает вода, обогащенная озоном и/или озон, причем в основном у начала примыкающего к проточной камере слива расположен чувствительный элемент для определения содержания озона, который через систему управления с одним, по меньшей мере, исполнительным элементом для одного, по меньшей мере, органа, регулирующего подвод, одного, по меньшей мере, трубопровода для подвода воды, обогащенной озоном, соединен с отверстиями для обработки, в частности очистки воды, содержащей галогенированный этилен, для получения технической и/или питьевой воды для людей и животных.

Для того, чтобы обеспечить особенно равномерное поддержание концентрации озона в загрязненной воде, подвергаемой облучению электронами, согласно одному из предпочтительных вариантов применения предусмотрено, что сторона камеры, противоположная воздействию облучения электронами, выполнена, по меньшей мере частично, в виде сита или фритты.

При этом согласно конструктивному простому варианту может быть обеспечено повышение эффекта разложения, если дно камеры, в основном, в зоне половины участка протекания воды имеет, по меньшей мере, один ряд отверстий или сопел, расположенный поперечно к направлению потока для подвода воды, обогащенной озоном и/или озона.

Повышение степени использования излучения электронов и озона может быть достигнуто, предпочтительным образом, с применением устройства, в котором дополнительно или альтернативно с выполнением дна камеры облучения в виде сита или фритты используются приспособления для создания турбулентного потока.

Благодаря такому расположению, можно также при сравнительно низкой глубине проникновения электронного излучения предусмотреть подачу протекающей через камеру воды со значительно большей толщины слоя.

Изобретение поясняется более подробно с помощью следующих примеров.

Пример.

Две разные воды A и B, состав которых приведен в табл. 1, перемешивались с тетрахлор- или трихлорэтиленом, исходная концентрация которых указана в табл. 2 в столбце 1.

С помощью источника гамма-излучения (Co-60) с дозировкой около 1,5 Gy/сек (Gray/сек) и с помощью ускорителя электронов мощностью 0,5 мега-электронвольт воду A и B облучали при температуре 10^oC с приведенными концентрациями хлорированного этилена, причем облучение вели без озона и с озоном (концентрации около 3 мг/л O₃ для воды A и b с содержанием трихлорэтилена и около 5 мг/л O₃ для воды A и B с содержанием тетрахлорэтилена.

Значения доз, полученных в этих испытаниях при степени разложения 90, 95 и 99% видны из столбцов 3, 5, 7 и 9 табл. 2.

На основе этих экспериментально полученных значений доз рассчитывается теоретическая пропускная способность в м³/час, при условии, что для облучения используется технически реализованный источник излучения Co-60 с активностью Co-60 I MCi, что соответствует мощности около 13 кВт, а в качестве источника излучения электронов применялся обычный ускоритель с верхним пределом мощности с энергией 3 мега-электронвольт и током электронного пучка, равным 50 мА, что соответствует мощности 150 кВт.

Соответствующие данные указаны в столбцах 4, 6, 8 и 10.

Сравнение доз, полученных для различных проб воды A и B, показывает неожиданный эффект при разложении вредных веществ с помощью электронного излучения в сочетании с озоном.

Здесь, видно, что при отсутствии озона в воде при применении электронного излучения получается одинаковая степень разложения, в частности для ее повышения необходима значительно более высокая доза, чем при применении гамма-излучения, например, при 90% и 99%-ной степени разложения доза повышается по сравнению с гамма-излучением на порядок от 2 до 4 5. Совершенно неожиданно выяснилось, что в присутствии озона дозы при применении электронного облучения практически совпадают с дозами при применении гамма-излучения. За счет целенаправленной добавки озона с помощью электронного излучения достигается практически такая же высокая степень разложения вредных веществ, что и при гамма-излучении.

Значения пропускной способности, рассчитанные для подтверждения практического значения результатов, показали, что применение электронного излучения с озоном позволяет повысить пропускную способность, приблизительно в 5 12 раз по сравнению с применением гамма-излучения с озоном.

На чертеже, предназначенном для иллюстрации изобретения, схематически показана предпочтительная форма выполнения установки для осуществления способа с проточной камерой и электронным облучением.

В установке, схематически показанной на чертеже, предназначенной для обработки воды, содержащей хлорированные олефины, основной поток воды, содержащей вредные вещества, подают через трубопровод 1, накопительный бункер 2 и насос 3, причем от емкости 2 через ветвь 5 трубопровода часть потока подают насосом 6 в емкость с водой, обогащенной озоном, и смеситель 7, который в свою очередь через трубопровод 10 снабжают озоном из озонатора 9, питаемого кислородом через трубопровод 8. В емкости 7 получается "обогащенная озоном воды", которую через часть 11 вышеупомянутого трубопровода 1 подводят к остающейся необработанной исходной воде, после чего объединенные потоки I и II перемешивают в емкости 13 для получения желаемой концентрации озона на выходе. Полученную таким образом и подлежащую дезактивации воду, содержащую озон, подают через трубопровод 14 в проточную камеру 15 здесь расположенную под ускорителем 17 электронов с зоной излучения 171, имеющей окна 151, через которые проходят электроны, причем камеру подвергают воздействию электронного излучения в зоне 171. Примерно на половине пути дно 155 камеры 15 имеет ряд сопловых отверстий 153, сообщающихся с подводящим каналом 154, через которые для обеспечения минимальной концентрации озона в камере 15 с помощью трубопровода 11 для воды, обогащенной озоном ее частичный поток 111 может подаваться непосредственно в камеру 15 облучения. Эти элементы устройства могут отпасть, если через трубопровод 1 подводят загрязненную воду, которая, например, благодаря предварительной обработке уже содержит столько озона, что выполняется существенное условие способа концентрация озона, равная, по меньшей мере, 0,1 мг/л на выходе из проточной камеры 15. Для повышения эффективности камера 15 имеет элементы, например дефлекторы 152 для создания турбулентного потока. Вследствие вышеописанного синергетического действия в камере 15 между электронным излучением и озоном происходит разложение хлорированного этилена в безвредные вещества. Воду, очищенную в соответствии с изобретением в камере 15, отводят через трубопровод 18, имеющий выравнивающую емкость 19, и она может собираться непосредственно в накопительной системе. Показанные на чертеже элементы 1, 12 и 16, регулирующие поток, служат для согласованного регулирования потоков обрабатываемой воды и озонированной обогащенной воды.

Пунктирными линиями показано выполнение регулирующего устройства согласно изобретению.

На трубопроводе 18, выходящем из проточной камеры 15, расположен в байпасе чувствительный элемент 181 не представленного на чертеже спектрофотометра, соединенный сигнальным проводником 183 с блоком управления 182. От блока управления 182 в представленном на чертеже варианте два проводника управления 162 и 122 ведут к исполнительным элементам 161, 121 клапанов 16 и 12 в частичном трубопроводе 111 для обогащенной воды и трубопроводе 11 для обогащенной воды. Таким образом может осуществляться регулирование подачи озона как в воду, подаваемую в проточную камеру, так и в воду вне ее.

Описанное устройство может иметь проточную камеру 15 без окна 151. В этом случае предусмотрены средства для отвода выделяющихся из воды вредных веществ в газовой фазе.

Изобретение относится к способу и установке для обработки вод, в частности очистки воды, содержащей галогенированный этилен, например грунтовой воды, для получения технической и питьевой воды. Вода подвергается воздействию озона и энергоемкого, в частности ионизирующего излучения. Для осуществления изобретения воду, имеющую кроме галогенированного этилена также другие составляющие и/или вредные вещества, воздействующие, в основном, на качество питьевой воды, и/или воды, содержащие эти вещества и/или воду, прошедшую предварительную обработку озоном и/или воду, насыщенную озоном, в частности грунтовую воду, подвергают в потоке воздействию электронного облучения, причем концентрацию озона в воде регулируют таким образом, что вода, непосредственно после выхода из зоны облучения имеет концентрацию озона, не менее 0,1 мг/л. Установка для очистки воды содержит ускоритель электронов и камеру для электронного облучения воды, причем на выходе непосредственно за камерой расположен чувствительный элемент для определения содержания озона, который соединен через исполнительный элемент с регулирующим подачу озона элементом, размещенным в подводящем к камере трубопроводе. Способ и установка обеспечивают обработку большого количества воды при обеспечении высокой степени разложения загрязнений. 2 с., и 7 з.п.ф-лы, 1 ил, 2 табл.

1. Способ очистки воды, содержащей галогенированный этилен, включающий предварительную обработку воды озоном и электронным облучением, отличающийся тем, что количество озона регулируют на выходе из зоны облучения не менее 0,1 мг/л. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество озона регулируют на входе в зону облучения не менее 1 мг/л, предпочтительно от 1 до 10 мг/л. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что энергия потоков электронов, облучающих воду, составляет не менее 0,5 МэВ. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что загрязнение воды галогенированным этиленом составляет около 1 мг/л. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что дополнительно вводят озон в поток воды непосредственно в зоне электронного облучения предпочтительно в виде воды, обогащенной озоном. 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что процесс обработки воды интенсифицируют путем создания турбулентного потока воды, образуемого соединением одной объемной части воды, подвергнутой электронному облучению, с остальной объемной частью воды. 7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что количество озона регулируют во всей зоне электронного облучения не менее 0,1 мг/л. 8. Установка для очистки воды, содержащей галогенированный этилен, включающая ускоритель электронов и по меньшей мере одну камеру для электронного облучения воды, снабженную основным подводящим трубопроводом, дополнительным подводящим трубопроводом для части потока и отводящим трубопроводом, отличающаяся тем, что в отводящем трубопроводе непосредственно за камерой расположен чувствительный элемент для определения содержания озона в воде, соединенный через блок управления с по меньшей мере одним исполнительным элементом для по меньшей мере одного регулирующего подачу озона элемента, размещенного по меньшей мере в одном из подводящих трубопроводов. 9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что камера для электронного облучения содержит сито или фритту для подвода воды и/или средство для создания турбулентного потока.