УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/30 C02F103/02 

Изобретение относится к обработке воды и водных растворов, а именно к устройствам для очистки и обеззараживанию воды и водных растворов любых составов и концентраций для наиболее эффективной детоксикации, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, использующих или изготавливающих водные растворы.

Устройство может быть использовано на водоочистных сооружениях предприятий пищевой, текстильной, химической и других отраслей промышленности, а также в медицинских, детских, школьных и дошкольных учреждениях, предприятиях общественного питания.

Известны устройства для очистки водных растворов, в частности сточных вод, в которых с помощью ртутных кварцевых ламп высокого, среднего и низкого давления обрабатывают водный раствор путем ультрафиолетового облучения (RU 2001882 С1, 1991).

Однако такие устройства не позволяют достичь высокой степени очистки, поскольку ртутные лампы за счет линейного эмиссионного спектра 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 устройству является устройство для очистки водных растворов, содержащее источник электромагнитного излучения, в котором излучение производится в инфракрасной области спектра (RU 2078050 С11, 1997).

Недостатком данного устройства является то, что оно не эффективно при очистке сточных вод, содержащих различные органические примеси и микроорганизмы, поскольку оно обеспечивает лишь избирательное деструктивное действие в весьма узкой полосе спектра на какое-либо одно или группу органических веществ, находящихся в водном растворе, спектр адсорбции которых соответствует спектру эмиссии.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка устройства для очистки водных растворов, обладающего повышенной эффективностью и улучшенными экологическими показателями при очистке водных растворов, содержащих органические соединения, и уменьшающего факторы риска антропогенного загрязнения окружающей среды.

Для достижения технического результата при решении поставленной задачи в известном устройстве для очистки водных растворов, содержащем источник электромагнитного излучения, упомянутый источник электромагнитного излучения представляет собой лазер, имеющий систему управления, включающую в себя генератор, выходы которого соединены соответственно с первыми входами формирователя сигналов высокочастотного диапазона, формирователя сигналов ультразвукового диапазона и формирователя сигналов низкочастотного диапазона, выходы которых соединены соответственно с тремя входами формирователя пакетов импульсных сигналов, выход которого соединен со входом формирователя сигналов сверхвысокочастотного диапазона, выход которого через усилитель соединен со входом лазера, при этом вход генератора и четвертый вход формирователя пакетов импульсных сигналов соединены с выходами блока управления с таймером, вход которого соединен с выходом блока питания для получения на выходе лазера звуковой энергии в диапазоне частот 300 Гц-50 МГц интенсивностью 1-150 мВт/см² и электромагнитного облучения с частотой 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.

Кроме этого целесообразно, чтобы формирователь сигналов высокочастотного диапазона формировал сигналы в диапазоне 5-50 МГц.

Формирователь сигналов ультразвукового диапазона формировал сигналы в диапазоне 40-50 кГц.

Формирователь сигналов низкочастотного диапазона формировал сигналы в диапазоне 1-16 Гц.

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

На фиг.1 изображена схема устройства для очистки водных растворов.

На фиг. 2 - график состояния водного раствора до обработки VI и после обработки V.

Устройство для очистки водных растворов позволяет реализовать способ очистки водных растворов, описанный в RU 2120410, опубл. 20.10.1998, и содержит источник электромагнитного излучения, который представляет собой лазер, имеющий систему управления (фиг.1). Указанная система управления включает в себя генератор 1, выходы которого соединены соответственно с первыми входами формирователя 2 сигналов высокочастотного (ВЧ) диапазона, формирователя 3 сигналов ультразвукового (УЗ) диапазона и формирователя 4 сигналов низкочастотного (НЧ) диапазона, выходы которых соединены соответственно с тремя входами формирователя 5 пакетов импульсных сигналов, выход которого соединен с входом формирователя 6 сигналов управления лазером сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, выход которого через усилитель 7 соединен с входом лазера 8. Вход генератора 1 и четвертый вход формирователя 5 пакетов импульсных сигналов соединены с выходами блока управления 9 с таймером, вход которого соединен с выходом блока 10 питания, для получения на выходе лазера 8 звуковой энергии в диапазоне частот 300 Гц-50 МГц интенсивностью 1-150 мВт/см² и электромагнитного облучения с частотой 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.

При этом формирователь 2 сигналов высокочастотного диапазона формирует сигналы в диапазоне 5-50 МГц, формирователь 3 сигналов ультразвукового диапазона формирует сигналы в диапазоне 40-50 кГц, а формирователь 4 сигналов низкочастотного диапазона формирует сигналы в диапазоне 1-16 Гц.

Лазер 8 представляет собой стандартный импульсный лазерный полупроводниковый излучатель "ИЛПН"-101.

Представленные на графике (фиг.2) кривые VI и V наглядно показывают состояние водного раствора соответственно до обработки и после нее. Кривые отражают изменения, произошедшие в химическом состоянии водного раствора.

Устройство позволяет обеспечивать при звуковом излучении импульсное облучение красного и инфракрасного диапазона модулированным диапазоном мощности для формирования соответствующих форм активного кислорода.

При работе устройства происходит следующее.

В емкость помещают обрабатываемый водный раствор. Включают источник электромагнитного и звукового излучения, при этом импульсное облучение красного и инфракрасного диапазона осуществляют модулированным диапазоном мощности с целью формирования соответствующих форм активного кислорода. Время воздействия на раствор не менее 30 с.

Любой водный раствор состоит из организованной структуры, имеющей постоянную форму. Микроэлементом такой структуры является устойчивое структурное образование, включающее 57 молекул воды, образующих более подвижные структуры более высокого порядка, включающие несколько сотен молекул воды. При этом токсичные вещества, растворенные в воде, даже в очень низких концентрациях нарушают макроскопический порядок в водном растворе.

При включении устройства и поступлении из лазера 8 звуковых и ультразвуковых колебаний в водный раствор амплитуда колебаний становится достаточно большой и при отсутствии принудительного движения 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 различной частоты. При воздействии на водный раствор звуковых и ультразвуковых волн в нем появляется эффект кавитации, т. е. образования микропузырьков воздуха диаметром до 50 мкм, которые в течение 5-10 нc cхлопываются с выделением больших пакетов энергии до J-квантов.

Эффект схлопывания 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 излучения, получаемого на выходе лазера 8. При этом звуковая энергия поступает в диапазоне частот 300 Гц-50 МГц интенсивностью 1-150 мВт/см², а электромагнитное облучение - с частотой 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.

Частота потоков звуковой энергии и электромагнитного облучения выявлены экспериментальным путем, так же как и величины волн из красного и инфракрасного диапазонов.

Устройство позволяет получить указанный выше технический результат за счет взаимного влияния двух видов воздействия - звуковой и световой природы на водный раствор.

Изобретение соответствует условию "изобретательский уровень", поскольку из уровня техники не известны устройства, конструкция которых позволяет осуществлять одновременное воздействие на водный раствор звуковой энергии и электромагнитного облучения в указанных выше диапазонах и с указанными выше параметрами для эффективной его детоксикации.

Изобретение соответствует условию "промышленная применимость", поскольку при изготовлении устройства использованы известные конструктивные элементы.

Устройство удобно в эксплуатации и его применение позволяет повысить качество очистки водных растворов.

Изобретение относится к обработке водных растворов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, использующих или изготавливающих водные растворы. Устройство содержит источник электромагнитного излучения (лазер), имеющий систему управления. Она включает в себя генератор, выходы которого соединены соответственно с первыми входами формирователя сигналов высокочастотного диапазона, формирователя сигналов ультразвукового диапазона и формирователя сигналов низкочастотного диапазона, выходы которых соединены соответственно с тремя входами формирователя пакетов импульсных сигналов, выход которого соединен с входом формирователя сигналов сверхвысокочастотного диапазона, выход которого через усилитель соединен со входом лазера, при этом вход генератора и четвертый вход формирователя пакетов импульсных сигналов соединены с выходами блока управления с таймером, вход которого соединен с выходом блока питания. Технический результат состоит в повышении эффективности очистки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для очистки водных растворов, содержащее источник электромагнитного излучения, отличающееся тем, что источник электромагнитного излучения представляет собой лазер, имеющий систему управления, включающую в себя генератор (1), выходы которого соединены соответственно с первыми входами формирователя (2) сигналов высокочастотного диапазона, формирователя (3) сигналов ультразвукового диапазона и формирователя (4) сигналов низкочастотного диапазона, выходы которых соединены соответственно с тремя входами формирователя (5) пакетов импульсных сигналов, выход которого соединен со входом формирователя (6) сигналов сверхвысокочастотного диапазона, выход которого через усилитель (7) соединен со входом лазера (8), при этом вход генератора (1) и четвертый вход формирователя (5) пакетов импульсных сигналов соединены с выходами блока управления (9) с таймером, вход которого соединен с выходом блока (10) питания для получения на выходе лазера (8) звуковой энергии в диапазоне частот 300 Гц-50 МГц интенсивностью 1-150 мВт/см² и электромагнитного облучения с частотой 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. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь (2) сигналов высокочастотного диапазона формирует сигналы в диапазоне 5-50 МГц. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь (3) сигналов ультразвукового диапазона формирует сигналы в диапазоне 40-50 кГц. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь (4) сигналов низкочастотного диапазона формирует сигналы в диапазоне 1-16 Гц.