СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2011 года по МПК C02F1/30 C02F1/48 

Изобретение относится к технологии очистки и обеззараживания сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях.

Известен способ обеззараживания жидкости с помощью рентгеновского излучения, заключающийся в том, что обеззараживаемую жидкость направляют в накопительную емкость, где подвергают воздействию рентгеновского излучения, которое создают с помощью рентгеновского аппарата с направленным выходом излучения, причем время облучения каждого объема обеззараживаемой жидкости в накопительной емкости составляет, по меньшей мере, 15 мин [1].

Недостатками данного способа являются:

- необходимость применения дорогостоящего сложного оборудования и специальных мер защиты обслуживающего персонала, что усложняет условия эксплуатации;

- необходимость наличия накопительной емкости для сточных вод, что ограничивает применение этого способа;

- возможность очистки жидкости только от бактерий, что ограничивает функциональные возможности способа.

Прототипом является способ очистки воды от углеводородных и микробиологических фракций и металлов путем дистанционного облучения поверхности плазменной струей атмосферного эрозионного генератора, причем плазменную струю задают в виде последовательности 1-10 импульсов с длительностью 3 мс каждый и располагают на расстоянии 0,1-10 м от обрабатываемой поверхности [2].

Недостатками прототипа являются:

- недостаточная эффективность способа, связанная с тем, что для обработки воды в закрытых объемах не используется часть излучения. Так, например, с уменьшением длины волны коэффициент поглощения ультрафиолетового излучения растет, и при длине волны менее 105 нм прозрачных тел практически не существует;

- ограниченные функциональные возможности способа, связанные с тем, что очистка воды производится от определенных примесей, в частности от примесей углеводородов и металлов.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности очистки и обеззараживания сточных вод, а также расширение функциональных возможностей.

Задача решается тем, что в способе очистки и обеззараживания сточных вод путем воздействия на закрытый объем воды импульсным излучением плазмы плазму формируют непосредственно в воде путем создания в ней электрического разряда под действием высокого напряжения, при этом закрывание объема чередуют с открыванием.

Плазму формируют при открывании объема. Закрывание объема осуществляют за счет гидростатического давления сточной воды. Открывание объема осуществляют за счет гидростатического давления сточной воды. Закрывание и открывание объема осуществляют за счет внешнего источника энергии. Закрывание объема совмещают с введением в воду реагента. В процессе обеззараживания объем воды перемещают.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в повышении эффективности очистки и обеззараживания сточных вод, а также расширении функциональных возможностей.

Сущность изобретения отражают операции:

- плазму формируют непосредственно в воде путем создания в ней электрического разряда под действием высокого напряжения, при этом закрывание объема чередуют с открыванием;

- плазму формируют при открывании объема;

- закрывание объема осуществляют за счет гидростатического давления сточной воды;

- открывание объема осуществляют за счет гидростатического давления сточной воды;

- закрывание и открывание объема осуществляют за счет внешнего источника энергии;

- закрывание объема совмещают с введением в воду реагента;

- в процессе обеззараживания объем воды перемещают.

Формирование плазмы непосредственно в воде путем создания в ней электрического разряда под действием высокого напряжения и чередование при этом закрывания объема с открыванием дает возможность повысить эффективность очистки и обеззараживания сточных вод, а также расширить функциональные возможности способа. Это объясняется следующим. При инициировании разрядов в воде под действием высокого напряжения в ней образуется плазма. Давление в канале плазмы поднимается до нескольких тысяч атмосфер, а температура - до нескольких десятков тысяч градусов, при этом образуется излучение с длиной волны менее 200 нм (Наугольных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде. - М.: Наука, 1971. - С.3, 71). Известно, что денатурацию белков могут вызвать как высокие давления, так и нагревание при этом гибель клеток под действием высокого давления также зависит от дозы, как и их гибель при нагревании. Совместное одновременное действие давления и температуры, а также ультрафиолетового излучения усиливает эффект гибели клеточных организмов и вирусов. Кроме того, в результате действия плазмы образуются озон и атомарные водород и кислород, обладающие повышенной химической активностью. Высокая окислительная способность озона известна. Атомарный кислород, например, может нейтрализовать ядовитый метиловый спирт (при наличии его в сточных водах), который окисляется с образованием нестойкого соединения формальдегида СН₃ОН+О→НСНО+H₂O. Образовавшийся формальдегид разлагается на H₂ и СО.

Формирование плазмы при открывании объема вызывает возникновение в воде гидравлического удара. В результате этого вода выбрасывается из объема и разделяется на множество мельчайших частиц посредством возникшей в ней волны сжатия, образуя дисперсную фазу. При этом достигается наибольшее ускорение процесса разложения загрязнений в полученном аэрозоле из-за увеличения поверхности контакта окислителей по сравнению с водной фазой. Все это способствует более эффективной очистке и обеззараживанию сточных вод и упрощению конструкции устройства, реализующего способ.

Закрывание и открывание объема за счет гидростатического давления сточной воды (потенциальной энергии жидкости) снижает энергетические затраты, что повышает эффективность способа.

Закрывание и открывание объема за счет внешнего источника энергии позволяет эффективно производить очистку и обеззараживание сточных вод в случае, когда потенциальной энергии жидкости не хватает для проведения надежного закрывания и открывания объема.

Совмещение закрывания объема с введением в воду реагента, например хлорсодержащих соединений, позволяет расширить функциональные возможности способа (например, дезодорация воды), а также повышает эффективность очистки и обеззараживания сточных вод.

Перемещение в процессе обеззараживания объема воды позволяет перемешивать ее при обработке, что повышает эффективность способа.

Изобретение поясняется чертежом, где изображено устройство для очистки и обеззараживания сточных вод.

Устройство содержит емкость 1 для сточных вод 2 с неподвижно закрепленным корпусом 3 очистителя, имеющего входной 4 и выходной 5 патрубки. В корпусе с возможностью вращения установлено колесо 6 с лопатками 7, кинематически связанное с роликами 8, имеющими выемки 9 для прохода лопаток. Ролики разделяют корпус на верхнюю камеру 10, в которой на изоляторе 11 неподвижно закреплен электрод 12 для подвода высокого напряжения, и нижнюю 13, в которой может быть размещен реагент 14.

Способ реализуют следующим образом.

Сточные воды 2 собирают в емкость 1, направляют во входной патрубок 4 и заполняют ими верхнюю камеру 10, при этом за счет гидростатического давления сточных вод на верхнюю (на чертеже) лопатку 7 колесо 6 поворачивается. Как только левая (на чертеже) лопатка поднимется выше входного патрубка 4, произойдет закрывание объема сточных вод, находящихся в камере 10 между верхней и левой лопатками. Формируют в воде получившегося замкнутого объема плазму путем подачи высокого напряжения на верхние (по чертежу) электроды 12 и возникающего при этом электрического разряда в воде. Заметим, что второй электрод находится напротив показанного на чертеже. Поскольку в результате возникновения плазмы давление одинаково действует на обе лопатки, то практически никакого противодействия повороту колеса оно не оказывает, и колесо будет продолжать вращаться под действием гидростатического давления на левую лопатку. Сформированные в канале плазмы давление, температура и ультрафиолетовой излучение, а также озон, атомарные кислород и водород, очищают и обеззараживают воду от различных клеточных организмов, вирусов, углеводородных и микробиологических фракций. При этом происходит перемещение замкнутого объема с водой, в результате чего она перемешивается, и эффективность очистки повышается. Следует заметить, что в процессе перемещения можно многократно инициировать разряды в замкнутом объеме.

Нижняя (по чертежу) лопатка, проходя при этом в нижней камере 13, очищается реагентом 14, который (будучи оставшимся на ее поверхности) вводится затем в верхнюю камеру 10.

Как только верхняя лопатка займет горизонтальное положение, произойдет открывание объема в результате соединения его с выходным патрубком 5. Подают высокое напряжение на нижние электроды 12 (или на верхние и нижние одновременно), в результате чего в объеме опять формируется плазма и вода из объема выбрасывается, образуя дисперсную фазу. Таким образом, чередуя закрывание объема с открыванием, производят перекачивание сточных вод из емкости 1 с попутной очисткой и обеззараживанием их.

Если потенциальной энергии сточных вод не хватает для вращения колеса 6, то производят вращение последнего от внешнего источника энергии, например от электропривода.

Внедрение изобретения повысит эффективность очистки и обеззараживания сточных вод при небольших аппаратурных затратах.

Источники информации

1. Пат. РФ №2207323, МПК C02F 1/30, 2003 - аналог.

2. Пат. РФ №2345955, МПК C02F 1/30, 2009 - прототип.

Изобретение относится к технологии очистки и обеззараживания сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях. Очистка и обеззараживание сточных вод происходит путем воздействия на закрытый объем воды импульсным излучением плазмы. При этом посредством плазмы создают давление и температуру в закрытом объеме воды, который перемещают. В процессе перемещения чередуют закрывание объема с открыванием, при этом закрывание осуществляют путем разъединения объема с наливным отверстием для воды, а открывание - посредством совмещения объема с выходным отверстием. Обеспечивается повышение эффективности очистки и обеззараживания сточных вод, а также расширение функциональных возможностей. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки и обеззараживания сточных вод путем воздействия на закрытый объем воды импульсным излучением плазмы, отличающийся тем, что посредством плазмы создают давление и температуру в закрытом объеме воды, который перемещают, в процессе перемещения чередуют закрывание объема с открыванием, при этом закрывание осуществляют путем разъединения объема с наливным отверстием для воды, а открывание - посредством совмещения объема с выходным отверстием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плазму формируют и при открывании объема.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что закрывание объема осуществляют за счет гидростатического давления сточной воды.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что открывание объема осуществляют за счет гидростатического давления сточной воды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что закрывание и открывание объема осуществляют за счет внешнего источника энергии.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что закрывание объема совмещают с введением в воду реагента.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе обеззараживания объем воды перемещают.