СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/32 

Изобретение относится к области обработки и очистки воды, в частности природных промышленных и бытовых сточных вод, и может быть использовано для очистки и обеззараживания воды в условиях, когда невозможна по разным причинам установка стационарного оборудования, например при чрезвычайных ситуациях, в удаленных населенных пунктах и т.д. Изобретение также может быть использовано в уже работающих станциях по очистке и обеззараживанию воды на одной из стадий обработки воды для усиления эффекта очистки и обеззараживания.

Известен способ обеззараживания воды, основанный на ее хлорировании хлоргазом, который получают в специальных, устройствах - хлораторах [1]. Способ широко применяется практически на всех очистных станциях.

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков. Производство хлора, его транспортировка, хранение, дозирование требуют особых мер предосторожности, обусловленных токсичностью хлора. При взаимодействии хлора с органикой, находящейся в воде, происходит образование хлорорганики, например диоксина. Наличие в воде остаточного хлора ухудшает органолептические характеристики обработанной воды. Обеззараживающее действие хлора проявляется не мгновенно: необходим двухчасовой контакт хлора с водой.

Известен способ обеззараживания воды излучением аргонортутных ламп низкого давления и ртутно-кварцевых ламп высокого давления [2, стр. 136-149] , 70% излучаемой мощности которых приходится на ультрафиолетовое излучение. Эффект обеззараживания основан на прямом губительном воздействии УФ-лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток. УФ-излучение воздействует не только на обычные бактерии, но и на споровые организмы и вирусы. Облучение действует почти мгновенно, и, следовательно, вода может сразу же поступать непосредственно к потребителю.

Однако данный способ ограничен в применении, т.к. может использоваться только для обеззараживания воды, обладающей малой цветностью и не содержащей взвешенных частиц, поглощающих и рассеивающих УФ-лучи, например высококачественных подземных и подрусловых вод. Эксплуатация установок с бактерицидными лампами требует специальной подготовки обслуживающего персонала и особых мер обеспечения техники безопасности.

Известен способ обеззараживания воды, основанный на воздействии ультразвука на обрабатываемую воду [2, стр. 150], при этом бактерицидный эффект не зависит от цветности воды.

Известен способ обеззараживания воды импульсным электрическим разрядом (ИЭР) [2, стр. 151]. ИЭР сопровождается мощными гидравлическими процессами с образованием ударных волн и явлений кавитации, интенсивными ультразвуковыми колебаниями и возникновением магнитных и электрических полей, что и дает бактерицидный эффект.

Однако известные способы опробованы только в лабораторных условиях, т.к. нет промышленного специального оборудования, а также требуют специальных мер по обеспечению безопасности обслуживающего персонала.

Известен способ очистки и обеззараживания воды, включающий синтез озона в генераторах (озонаторах) и диспергирование его в обрабатываемую воду [3]. Способ наиболее универсален, т. к. озон является мощным быстродействующим окислителем и одновременно обеззараживает воду, обесцвечивает ее, воздействует в большей или меньшей степени на все металлы с относительно высоким значением окислительно-восстановительного потенциала (Pb, Mn, Fe, Co и др.)
Озонирование воды дает высокий бактерицидный и вирулицидный эффект, а также позволяет использовать данный метод для обработки сероводородных вод.

Однако применение этого способа ограничено из-за высокой стоимости получения озона и его токсичности. Оборудование для синтеза озона должно размещаться в отдельно стоящем здании или блоке очистных сооружений, причем сам блок озонаторов должен быть расположен в изолированном помещении с герметичной дверью. Необходимы особые меры обеспечения безопасности обслуживающего персонала, включающие контроль за просачиванием озона в воздух производственных помещений и защиту от поражения электрическим током. Токсичность озона по отношению к материалам оборудования обуславливает его невысокое качество и, соответственно, низкую надежность.

Известны способы обработки воды, основанные на совместном использовании озонирования и ультразвука, озонирования и ультрафиолетового облучения [3, стр. 54, 55] . При этом значительно повышается эффективность очистки и дезинфекции даже для сильно загрязненных сточных вод и значительно снижается количество требуемого озона.

Однако стоимость применения этих способов многократно превышает стоимость использования одного озонирования.

Известен метод очистки жидкости, загрязненной микроорганизмами, принятый за прототип, включающий контактирование этой жидкости с лазерной плазмой, генерируемой в газе посредством многократной пульсации фокусированного луча СО₂-лазера [4] . Метод осуществляется в реакторе, в котором жидкость или приводится во вращательное движение с целью создания воронки, или подается тонкой струйкой на стенки реактора, образуя тонкую пленку, или впрыскивается в плазму. Высокотемпературная плазма (несколько десятков тысяч градусов) генерируется в газе, преимущественно кислороде, который постоянно подается и откачивается из реактора. В результате взаимодействия лазерного луча с молекулярным кислородом образуется атомарный кислород и озон. Таким образом, дезинфицирующий эффект достигается за счет воздействия на микроорганизмы высокой температуры, УФ-излучения и озона.

Однако известный метод применим в основном в стационарных лабораторных условиях, т.к. производительность реактора очень мала, а эксплуатация лазерного оборудования требует специальных мер безопасности. Соответственно, данный метод является достаточно дорогостоящим.

При создании изобретения решалась задача получения относительно дешевого, нетрудоемкого и безопасного способа обработки воды как в стационарных условиях, так и в условиях чрезвычайных ситуаций, обеспечивающего высокий эффект очистки и обеззараживания воды.

Поставленная задача решена за счет того, что на обрабатываемую воду воздействуют плазмой, которую согласно изобретению генерируют с помощью плазмотрона, погруженного в массу воды. Воздействие низкотемпературной плазмы на обрабатываемую воду дает синергетический эффект, обуславливающий высокую степень очистки и обеззараживания воды.

Способ иллюстрируется чертежом, на котором изображена емкость с обрабатываемой водой 1 и генератор плазмы, состоящий из источника питания 2 и плазмотрона 3.

Способ осуществляется следующим образом. В емкость 1 с обрабатываемой водой погружают плазмотрон 3 и подают напряжение на источник питания 2, при этом в плазмотроне 3 формируется струя низкотемпературной плазмы.

В результате воздействия струи плазмы мощностью 100-120 Вт на воду из реки Преголь г. Калининграда были получены результаты, указанные в таблице.

Источники информации
1. Брежнев В.И. Обеззараживание питьевой воды на городских водопроводах, 1970.

2. Зарубин Г. П. Современные методы очистки и обеззараживания питьевой воды, 1976.

3. Орлов В.А. Озонирование воды, 1984.

4. EP патент N 0019211, С 02 F 1/32, 1980.

Изобретение относится к способам очистки и обеззараживания природных, промышленных и бытовых сточных вод и может быть использовано при чрезвычайных ситуациях при отсутствии установок стационарного оборудования. Сущность изобретения: в обрабатываемую воду вводят струю низкотемпературной плазмы, например воздушной или кислородно-водородной, причем плазму генерируют с помощью плазмотрона, погруженного в массу воды. Способ обеспечивает высокий эффект очистки и обеззараживания воды при снижении трудоемкости и повышение безопасности обработки воды. 1 ил., 1 табл.

Способ очистки и обеззараживания воды, заключающийся в воздействии на нее плазмы, отличающийся тем, что плазму генерируют с помощью плазмотрона, погруженного в массу воды.