СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/48 C02F103/02 

Изобретение относится к области обработки жидких сред и может быть использовано для очистки, обеззараживания, обезвреживания воды, промышленных или бытовых сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод под воздействием электрического разряда в газе над поверхностью постоянно перемешиваемой очищаемой жидкости (патент Российской Федерации - 2108977, кл. С 02 F 1/48, 1992 г. ).

Зажигаемые в газе электрические разряды производят активные частицы, такие как озон, атомарный кислород, ОН, HO₂ и другие, участвующие в окислении органических примесей в воде, однако только при условии, если удается решить проблему транспорта активных частиц из газовой фазы в жидкость.

Известен также способ обеззараживания жидких сред путем обработки высоковольтными импульсными электрическими разрядами, создаваемыми электродами, с одновременным пропусканием жидкой среды в межэлектродное пространство (авторское свидетельство СССР N 1050222, кл. С 02 F 1/48, 1982 г. ).

Положенный в основу способа скользящий разряд по поверхности раздела воздух - жидкая среда обусловливает потери энергии в связи с утечкой тока через проводящую жидкую среду, высокие до 250 Вт на 1 мл энергозатраты на окисление примесей, в зависимости от которых лимитируют скорость истечения жидкости в межэлектродном пространстве, что сдерживает производительность обработки.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности обработки водных растворов.

Задача достигается тем, что обработку водных растворов электрическими разрядами, создаваемыми электродами, с одновременным пропусканием водного раствора в межэлектродное пространство осуществляют в режиме короткого замыкания электродов, поверхность по меньшей мере одного из которых выполняют из диэлектрика, при этом в межэлектродном пространстве водный раствор вращают.

При таком способе в качестве диэлектрика используют карбид бора.

При осуществлении изобретения достигается минимизация энергозатрат до 0,0069 Вт на 1 мл, обеспечивающих полноту обработки водного раствора.

Сущность способа заключается в следующем.

В достаточный для пропускания с заданной скоростью жидкой среды зазор, образованный плоскими поверхностями соосных дисковых электродов, установленных параллельно и выполненных с возможностью встречного вращения один относительно другого, пропускают обрабатываемый водный раствор. Рабочую поверхность по меньшей мере одного из электродов выполняют из диэлектрика, в качестве которого используют карбид бора. В качестве другого электрода используют электрический проводник или диэлектрик.

Таким образом, водный раствор взаимодействует с твердым телом электродов в разнородной системе на физических поверхностях раздела между различными по физическим свойствам контактирующими фазами вещества.

Одновременно одному или обоим электродам сообщают вращательное движение, посредством которого обеспечивают вдоль рабочих поверхностей электродов вращение в межэлектродном пространстве перемещаемого водного раствора и активное растяжение контактирующих поверхностей водного раствора. Для жидкости растяжение поверхностей приводит к переносу молекул из объема в поверхностный слой (А. А. Адамсон. Физическая химия поверхностей. М. , Мир, 1979, с. 50), что ведет к созданию дополнительных поверхностей раздела и трибоэлектрическому явлению асимметрии, разбалансу межатомных и межмолекулярных электрических сил на поверхностях раздела, на поверхностях электродов и в растворе воды, присутствующем в зазоре между электродами.

Произведенные трибоэлектрические поля поляризуют диэлектрик электрода и межэлектродное пространство. Диэлектрик, входящий составной частью в электрическую цепь, в состоянии поляризации приобретает свойства электропроводящей фазы, скачком изменяет поверхностную проводимость.

Нарушение электронно-нейтральности в приповерхностных слоях вызывает активные трибоэлектрические явления в виде двойных слоев электрических зарядов. На поверхностях электрода из диэлектрика и приэлектродного слоя образуется избыток отрицательных зарядов, а внутри раствора воды и на дополнительных поверхностях раздела концентрируется избыток положительных зарядов.

При достижении достаточной степени поляризации поверхностей раздела в электрической цепи (диэлектрический электрод дополнительные поверхности раздела - раствор воды - электрод - электрический проводник или диэлектрик) обеспечивается режим трибоэлектрического короткого замыкания электродов и обработка трибоэлектрическими разрядами пропускаемого в межэлектродном пространстве водного раствора. Электрическое поле в рассматриваемом случае направлено перпендикулярно, а не вдоль поверхности пропускаемого водного раствора, что исключает потери энергии, связанные с утечкой тока через проводящую среду.

Пример 1.

Семь литров стока животноводческой фермы крупного рогатого скота, загрязненного бактериями группы кишечной палочки в концентрациях 1,0•10³ - 1,0•10⁵, обрабатывали в течение 10 с описанным способом при расходе электроэнергии 6,9 Вт на 1 л. После обработки раствор воды не имел микробного загрязнения.

Пример 2.

Семь литров воды, зараженной вирусом гриппа штамма PCA/М/85/H3 N2 концентрации 2,3•10⁹ обрабатывали, как в примере 1. После обработки в воде вирус не выявлен.

Пример 3.

Для разрушения 250 г растворенного в шести литрах дистиллированной воды органического вещества поливинилпирролидона (гемодез) раствор обрабатывали, как в примере 1. После обработки органическое вещество наблюдалось в виде отдельных следов.

Изобретение относится к способам обработки водных растворов в электрическом поле и может использоваться для очистки, обеззараживания воды и сточных вод. Обработку осуществляют в режиме короткого замыкания трибоэлектрического поля электродов, один из которых выполнен с диэлектрической поверхностью (карбид бора). Водный раствор при этом вращают в межэлектродном пространстве. Технический результат состоит в повышении энергетической эффективности обработки. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ обработки водных растворов электрическими разрядами, создаваемыми электродами, с одновременным пропусканием водного раствора в межэлектродное пространство, отличающийся тем, что обработку водного раствора осуществляют в режиме короткого замыкания электродов, поверхность, по меньшей мере, одного из которых выполняют из диэлектрика, при этом водный раствор вращают в межэлектродном пространстве. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрика используют карбид бора.