СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/30 C02F1/34 

Изобретение относится к обработке водных растворов, а именно к очистке водных растворов любых содержаний и концентраций для наиболее эффективной детоксикации, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, использующих или изготавливающих водные растворы. Способ может быть применен на водоочистных сооружениях предприятий пищевой, текстильной, химической и других отраслей промышленности, а также в медицинских, детских, школьных и дошкольных учреждениях, предприятиях общественного питания.

Известны способы очистки водных растворов, в частности сточных вод путем их обработки УФ-облучением. Для этой цели широко используют ртутные кварцевые лампы высокого, среднего и низкого давления (RU, N 2001882 C1, 1991).

Однако все известные способы обеззараживания и очистки водных растворов с применением кварцевых ламп не позволяют достичь высокой степени очистки, поскольку ртутные лампы характеризуются как правило линейчатым эмиссионным спектром и имеют низкую светоотдачу и мощность излучения в области длин волн, соответствующих оптимальным условиям деструкции ряда органических соединений, таких как пестициды, антибиотики и др.

Наиболее близким к предложенному является способ очистки водных растворов, заключающийся в том, что водный раствор подвергают воздействию электромагнитного облучения инфракрасной области спектра (RU, N 2078050 C1, 27.04.97).

Недостатком указанного способа является невысокая эффективность при очистке водных растворов, в т.ч. сточных вод, содержащих различные органические примеси, микроорганизмы. Причина этого заключается в избирательном деструктивном действии весьма узкой полосы спектра на какое-либо одно или группу органических веществ, находящихся в водном растворе, спектр адсорбции которых соответствует спектру эмиссии.

Задачей, на решение которой направленно настоящее изобретение, является разработка технологии очистки водных растворов, обладающей повышенной эффективностью и улучшенными экологическими показателями технологических процессов очистки водных растворов, содержащих органические соединения, а также обеспечивающей снижение энергетических затрат, повышение производительности очистных установок и уменьшение факторов риска антропогенного загрязнения окружающей среды.

Для достижения технического результата при решении поставленной задачи в известном способе очистки водных растворов, заключающемся в том, что водный раствор подвергают воздействию электромагнитного облучения инфракрасной области спектра, предлагается одновременно с электромагнитным облучением воздействовать на водный раствор потоком звуковой энергии в диапазоне частот от 300 Гц до 50 МГц интенсивностью от 1 мВт/см² до 150 мВт/см², а электромагнитное облучение производят с частотой от 3 Гц до 500 МГц в красном или инфракрасном диапазоне длин волн от 0,2 мкм до 10 см и мощностью от 1 мВт/см² до 150 мВт/см²
Целесообразно импульсное облучение красного и инфракрасного диапазона осуществлять модулированным диапазоном мощности.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения указанного технического результата.

На чертеже изображены графики изменения химического состояния водного раствора до и после обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость помещают обрабатываемый водный раствор. Включают источник электромагнитного излучения, посредством которого обеспечивают обработку раствора в красном или инфракрасном диапазоне и одновременно включают звуковой преобразователь. При этом импульсное облучение красного или инфракрасного диапазона осуществляют модулированным диапазоном мощности с целью формирования соответствующих форм активного кислорода. Время воздействия на раствор не менее 30 с. В качестве источника звуковых колебаний может быть использовано любое известное устройство.

Представленные на графике кривые 1 и 2 наглядно показывают состояние водного раствора соответственно до обработки и после обработки. Замер осуществлялся при помощи самописца "Fluorescence Spectrophotometr Hitachi MPF-З". Кривые отражают изменения, произошедшие в химическом состоянии водного раствора.

В соответствии с предложенной технологией очистки водных растворов в качестве физического фактора используют потоки модулированного электромагнитного излучения в красном или инфракрасном диапазоне и энергетического потока ультразвукового диапазона с интенсивностью периодического действия. Время воздействия не менее 30 с.

При реализации способа очистки водных растворов происходит следующее.

Как известно, любой водный раствор состоит из организованной структуры, имеющей постоянную форму. Микроэлементом такой организации является устойчивое структурное образование, включающее 57 молекул воды, образующие более подвижные структуры более высокого порядка, включающие несколько сотен молекул воды. Токсичные вещества, растворенные в воде, даже в очень низких концентрациях нарушают макроскопический порядок в водном растворе.

При включении источника звуковых или ультразвуковых колебаний, когда амплитуда становится достаточно большой и отсутствует принудительное движение жидкости, в отдельных точках концентрируются токсичные вещества, растворенные в водном растворе, примеси растворенных газов, химические комплексные соединения, а также аэробные и анаэробные микроорганизмы, нарушающие структуру водного раствора и восприимчивые к действию звуковых колебаний разной частоты. При воздействии на водный раствор звуковых или ультразвуковых волн в нем проявляется эффект кавитации - образования микропузырьков воздуха диаметром до 50 мкм. Микропузырьки в течение 5 - 10 пс схлопываются с выделением больших пакетов энергии вплоть до J - квантов.

Эффект схлопывания пузырьков сопровождается образованием свободных электронов, которые способствуют образованию активных форм кислорода. Являясь сильными окислителями, они дают высокий эффект окисления токсичных веществ, в результате чего в водном растворе происходит детоксикация токсичных веществ. Образованию активных форм кислорода способствует одновременное воздействие на водный раствор потока звуковой энергии и электромагнитного облучения с частотой от 3 Гц до 500 МГц в красном или инфракрасном диапазоне длин волн от 0,2 мкм до 10 см.

Частота потоков звуковой энергии и электромагнитного облучения выявлена экспериментальным путем, так же как и величина длин волн из красного или инфракрасного диапазона.

Заявленный способ очистки водных растворов характеризуется взаимным влиянием двух видов воздействия - звуковой и световой природы, при этом достигаемый технический результат превышает результат, ожидаемый от суммарного эффекта двух видов воздействия на водные растворы.

Изобретение соответствует условию "изобретательский уровень", поскольку из уровня техники не известно использование взаимно влияющей обработки водных растворов двумя видами воздействия в заявленных условиях и диапазонах с целью эффективной их детоксикации.

Изобретение соответствует условию "промышленная применимость", поскольку изготовление устройства возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Предлагаемый способ очистки водных растворов технологичен, прост и удобен в эксплуатации. Его применение позволяет повысить качество очистки водных растворов.

Изобретение относится к обработке водных растворов, а именно к очистке водных растворов любых содержаний и концентраций для наиболее эффективной детоксикации. Водный раствор подвергают воздействию электромагнитного облучения частотой 3 Гц - 500 МГц в красном или инфракрасном диапазоне длин волн от 0,2 мкм до 10 см и мощностью 1 - 150 мВт/см². Одновременно на водный раствор воздействуют потоком звуковой энергии в диапазоне частот 300 Гц - 50 МГц интенсивностью 1 - 150 мВт/см². Способ решает задачу повышения эффективности, улучшения экологических показателей, снижения энергетических затрат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки водных растворов, заключающийся в том, что водный раствор подвергают воздействию электромагнитного облучения инфракрасной области спектра, отличающийся тем, что одновременно с электромагнитным облучением на водный раствор воздействуют потоком звуковой энергии в диапазоне частот 300 Гц - 50 МГц интенсивностью 1 - 150 мВт/см², а электромагнитное облучение осуществляют с частотой излучения 3 Гц - 500 МГц в красной или инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн 0,2 мкм - 10 см и мощностью 1 - 150 мВт/см². 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсное электромагнитное облучение осуществляют модулированным диапазоном мощности.