СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/46 C02F1/46 C02F101/30 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки природных и сточных вод от токсичных органических примесей, и может найти применение в качестве способа для снижения концентрации органических соединений в воде.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ очистки сточных вод путем обработки тлеющим электрическим разрядом, создаваемым над слоем жидкости, при помощи электродов, один из которых размещен в жидкости с толщиной слоя 0.4 - 1.6 мм, а другой в газовой фазе. Процесс осуществляется при силе тока 50- 100 мА, напряжении 500-2000 В [Пат. Российской Федерации N 2043969, кл. 6 C 02 F 1/46, от 20.09.95].

Недостатками известного способа являются:
- необходимость применения технических средств дня создания вакуума;
- сложность устройства и обслуживания основного и вспомогательного оборудования для очистки сточных вод;
- высокие удельные энергозатраты;
- низкая эффективность процесса при толщине слоя менее 0.3 мм или более 1.6 мм, а также физическая ненадежность образующейся пленки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, т.е. прототипом, является способ очистки сточных вод, включающий обработку воды высоковольтным импульсным разрядом, создаваемым над ее поверхностью, с использованием в качестве одного из электродов поверхностного слоя жидкости [Авт. свид. СССР N 1011545, кл. C 02 F 1/46, от 15.04.1983]. Способ осуществляют следующим образом.

Промышленные стоки и другие жидкости, подвергаемые обработке, после предварительной фильтрации подают в систему камер, состоящих из отдельных ячеек, по которым жидкость перемещается слоем, толщиной 1-5 мм. В реакционную камеру над слоем жидкости подают кислородсодержащий газ. В верхней части камеры, выполненной из диэлектрика, располагают электроды, изолированные от стенок камеры и соединенные с генератором импульсных напряжений, причем процесс осуществляют при напряжении высоковольтного импульсного разряда 100-500 кВ. В зазоре между электродами, выполненными из токопроводящего материала и поверхностным слоем жидкости, подвергаемой обеззараживанию и являющейся вторым электродом, инициируют высоковольтный импульсный разряд. Так как вторым электродом служит непосредственно поверхностный слой подвергаемой обеззараживанию жидкости, то он соприкасается с областью интенсивной ионизации, в результате чего интенсифицируются окислительные процессы, приводящие к сокращению длительности процесса обеззараживания.

Недостатком этого способа является недостаточно высокая эффективность процесса окисления органических примесей из-за:
- низкой развитости поверхности раздела фаз, обуславливающей большие размеры реактора и высокие удельные энергозатраты;
- невозможности осуществления процесса в пленочном режиме;
- высокой температуры в зоне импульсного разряда, увеличивающей степень уноса очищаемой жидкости в атмосферу;
- необходимости использования дорогостоящего оборудования для создания разряда.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения являлось создание способа очистки воды, позволяющего повысить эффективность процессы.

Поставленная задача решена предлагаемым способом очистки воды, включающим обработку ее плазмой электрического разряда, создаваемой в газовой фазе над слоем жидкости, причем плазму возбуждают над поверхностью пористого гидрофильного инертного материала, непрерывно пропитываемого очищаемой жидкостью. Способ осуществляют при плотности тока разряда 1-10 мкА/см² и напряжении 5-15 кВ.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1.

Воду с концентрацией фенолов 5 мг/л (ПДК_р.х.=0.001 мг/л) подают через штуцер, расположенный в верхней части разрядного устройства, таким образом и с такой скоростью, чтобы жидкость равномерно распределялась и стекала в слое стекловолокна толщиной δ = 1.5 мм, расположенного на поверхности электрода (стекловолокно предварительно модифицируют 1 мин в барьерном разряде, возбуждаемом в среде кислорода - для увеличения их гидрофильных свойств или краевого угла смачивания до 80^o). В реакционную камеру через штуцер подают кислород (99.9 об.%), проходящий над слоем смоченного материала и отводимый через штуцер отвода газа. Между заземленным изолированным электродом (покрыт стеклом С-49) и электродом, покрытым влажным материалом, к которому подключен источник высокого напряжения, в газовом промежутке толщиной 2 мм возбуждают плазму барьерного разряда с помощью высоковольтного трансформатора. Разряд имеет следующие параметры: плотность тока разряда 1 мкА/см², U=5 кВ, частота тока 50 Гц. Воду, прошедшую плазменную обработку, отводят через штуцер, расположенный внизу разрядника.

Число таких разрядных устройств выбирается в зависимости от объемного расхода воды, а длина каждого из них лимитируется требуемой степенью очистки. С целью сокращения объемов расходуемого кислорода устройство может работать в режиме с рециклом газа (до 50%).

Пример 2.

Воду, содержащую 50 мг/л анионактивного ПАВ (лаурилсульфонат натрия) (ПДК_р.х.= 0.1 мг/л) обрабатывали в условиях, аналогичных изложенным в примере 1.

Пример 3.

Воду, содержащую 2 мг/л нефтепродуктов (модельная смесь, содержащая (по объему) декан - 51%, октан - 5%, бензол - 44%, что аналогично нефтепродуктам, содержащим легко летучие фракции) (ПДК_р.х.=0.05 мг/л), обрабатывали в условиях, идентичных примеру 1.

Приведенные выше примеры, а также эффективность очистки при других заявленных значениях параметров плазмы даны в таблице.

Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице, предлагаемый способ позволяет повысить эффективность процесса очистки по сравнению с прототипом по следующим показателям:
процесс реализуется при более низком напряжении горения разряда (5-15 кВ) и токе промышленной частоты (50 Гц);
расход плазмообразующего газа (кислорода) меньше в 35 раз;
время очистки меньше в 11 раз.

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к способам очистки природных и сточных вод от токсичных органических примесей, и может быть использовано в качестве способа для снижения концентрации органических соединений в воде. Воду обрабатывают плазмой электрического разряда, создаваемой в газовой фазе над слоем жидкости. При этом плазму возбуждают над поверхностью гидрофильного инертного материала, непрерывно пропитываемого очищаемой жидкостью, при плотности тока разряда 1 - 10 мкА/см² и напряжении 5 - 15 кВ. Технический эффект - повышение эффективности процесса. 1 табл.

Способ очистки воды путем обработки ее плазмой электрического разряда, создаваемой в газовой фазе над слоем жидкости, отличающийся тем, что плазму возбуждают над поверхностью пористого гидрофильного инертного материала, который непрерывно пропитывают очищаемой жидкостью, при этом обработку проводят при плотности тока разряда 1 - 10 мкА/см² и напряжении 5 - 15 кВ.