СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/30 B01J19/08 

Изобретение относится к способам обработки жидкостей излучениями высоких энергий, например ускоренными электронами или УФ-лучами, и может быть использовано для очистки сточных вод (СВ) от органических загрязнений, их дезинфекции и стерилизации на очистных сооружениях хозбытовых и промышленных объектов, в практике водоподготовки.

Лучевая технология обработки СВ относится к современному уровню технологий, поскольку обеспечивает высокие технико-экономические показатели, такие, как степень очистки и производительность процесса, по сравнению с традиционными методами, такими, например, как биологические или реагентные. Кроме того, лучевая технология обработки СВ, например, ускоренными электронами или УФ-лучами является наиболее экологически совершенной.

Известны аналогичные способы обработки ускоренными электронами жидкостей, поступающих в зону облучения в виде плоской свободной струи [1], и способ обработки жидкостей ускоренными электронами в барботажном режиме [2].

Недостатками этих способов является то, что в облучаемой жидкости происходит быстрое обеднение ее кислородом, что приводит к снижению образования продуктов разложения, которые участвуют в процессе окисления загрязнений в очищаемой воде.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ очистки сточных вод путем дистилляции с последующим радиационным облучением полученных дистиллятов с одновременным аэрированием [3]. Основным недостатком взятого за прототип способа является то, что для достижения высокой степени очистки СВ требуются большие дозы облучения. Так, при уровне загрязнения полученных дистиллятов по ХПК 120 мг O₂/л, требуется доза облучения 15 кГр, при поглощенных дозах 5 кГр и 3 кГр степень очистки составляет 37% и 20%, соответственно. Воспроизведение этого способа показало, что высокие энергетические затраты по этому способу связаны с неэффективным использованием получаемого при облучении озона для окисления загрязнений из-за незначительной растворимости озона в воде, а также малой константы скорости его реакции с органическими веществами в водном растворе.

Техническая задача, решаемая в изобретении, состоит в снижении удельных энергозатрат за счет снижения дозы облучения при одинаковой степени очистки.

Поставленная задача решается так, что обработку воды излучением ведут в присутствии озоновоздушной смеси, при этом воду диспергируют до образования аэрозоля, причем облучение водовоздушной смеси проводят при содержании кислорода в газовой фазе 10-100%.

Предлагаемый способ технически осуществим, например, при помощи струйного насоса с форсункой. В камере, в которой поддерживается определенный состав газовой смеси, воду можно распылить в аэрозоль под выходным окном ускорителя электронов или УФ-лампы.

Сущность изобретения состоит в том, что при диспергировании вода и газ смешиваются с образованием газожидкостного аэрозоля, в котором содержится кислород концентрацией 10-100%. Под действием излучения из кислорода образуется озон с высоким радиационно-химическим выходом, так, что концентрация озона в аэрозоле достигает десятка граммов в кубометре газа. Высокая окислительная способность озона известна. При совместном действии на очищаемую воду излучения и озона процесс разложения загрязнений протекает с неаддитивным эффектом, так, что скорость этого процесса увеличивается в десятки раз по сравнению со скоростями процесса разложения при раздельных видах воздействия. Снижение удельных энергетических затрат за счет снижения дозы облучения при одинаковой степени очистки объясняется тем, что эффективность процесса очистки воды в аэрозольной фазе определяется скоростями взаимодействия загрязнений как с первичными продуктами радиолиза или фотолиза воды, так и с первичными продуктами радиолиза или фотолиза воздуха, среди которых особая роль отводится озону. В аэрозольной фазе, в отличие от жидкой, молекула загрязнения не отделена границей раздела фаз от молекулы озона в момент образования последнего. Следовательно, в аэрозольном режиме облучения воды устраняются недостатки, обусловленные незначительной растворимостью озона в воде и малой константой скорости его реакции с органическими веществами в водном растворе, поскольку процесс взаимодействия происходит в газовой фазе, где озон образуется.

Предельная концентрация кислорода 10% объясняется тем, что при концентрации кислорода менее 10% в газовой фазе образующийся из кислорода озон распадается под действием излучения и концентрация озона в газовой фазе оказывается недостаточной для ускорения процесса разложения загрязнений в аэрозоле по сравнению с процессом такого разложения в воде.

Верхний предел концентрации кислорода 100% - это газовая фаза, состоящая из чистого кислорода, когда образуется наибольшее количество озона. В результате этого достигается наибольшее ускорение процесса разложения загрязнений в аэрозоле по сравнению с водной фазой и наибольший эффект снижения энергетических затрат по сравнению с прототипом.

Предлагаемый способ предусматривает расширение границ использования его для очистки СВ, как содержащих ПАВ, так и не содержащих пенообразующие вещества. Из сущности изобретения и из нижеприведенных примеров вытекает, что предлагаемый способ позволяет повысить степень очистки в 2,7-6,7 раз и снизить удельные энергозатраты до 8,5 раз по сравнению с прототипом.

При обучении аэрозолей устраняется основная техническая трудность для разработки технологии очистки воды с использованием низкоэнергетичных ускорителей электронов и УФ-излучателей, так как низкая плотность аэрозоля позволяет увеличить длину пробега электронов сравнительно низкой энергии у УФ-света до десятков сантиметров. Это повышает коэффициент использования излучения и упрощает технологию процесса.

Пример 1. Коммунальную СВ с величиной ХПК=120 мг/л диспергируют при помощи струйного насоса с форсункой, диаметр сопла которой 4 мм, и облучают водо-воздушную смесь при содержании кислорода в газовой фазе 20%. Поток аэрозоля попадает под выходное окно ускорителя электронов с параметрами пучка E = 0,8 МэВ, I = 3-15 мА. При поглощенной дозе 3 кГр степень очистки воды по ХПК составляет 91,7%. Повышение степени очистки по сравнению с прототипом 4,58 раз.

Пример 2. Коммунальную СВ обрабатывали по примеру 1. При поглощенной дозе 5 кГр степень очистки воды по ХПК составляет 99,9%. Повышение степени очистки по сравнению с прототипом составило 2,7 раза.

Пример 3. Коммунальную СВ обрабатывали по примеру 1, но при концентрации кислорода в газовой фазе менее 10%. При поглощенной дозе 3 кГр степень очистки воды по ХПК составляет 20%. Повышение степени очистки по сравнению с прототипом нет.

Пример 4. Коммунальную СВ с величиной ХПК = 120 мг/л диспергируют по примеру 1. Поток аэрозоля попадает в коаксиально расположенный по отношению к УФ-лампе ДРШ-1000 рабочий аппарат. При поглощенной дозе 3 кДж/кг степень очистки воды по ХПК составляет 90%. Повышение степени очистки по сравнению с прототипом 4,5 раза.

Пример 5. Коммунальную СВ обрабатывали по примеру 1, но при концентрации кислорода в газовой фазе 100%. При поглощенной дозе 2 кГр степень очистки воды по ХПК составляет 99,9%. Повышение степени очистки по сравнению с прототипом 6,66 раза.

Показатели очистки известного и предлагаемого способов представлены в таблице.

Изобретение относится к способам очистки жидкостей с использованием излучений высоких энергий от органических и неорганических загрязнений и может быть использовано для очистки сточных вод на очистных сооружениях хозбытовых, промышленных объектов и в практике водоподготовки. Сущность изобретения заключается в том, что обработку воды проводят в присутствии озоновоздушной смеси, при этом очищаемую воду предварительно диспергируют до образования аэрозоля, а облучение газожидкостной смеси проводят при содержании кислорода в газовой фазе 10 - 100%. Способ позволяет снизить удельные энергозатраты за счет снижения доз облучения при обеспечении высокой степени очистки воды. 1 табл.

Способ обработки жидкостей, включающий обработку излучением высоких энергий, отличающийся тем, что обработку проводят в присутствии озоновоздушной смеси, жидкость диспергируют до образования аэрозоля и облучают газожидкостную смесь при содержании кислорода в газовой фазе 10 - 100%.