Устройство и способ очистки сточных вод от фенола Российский патент 2020 года по МПК C02F1/48 C02F1/72 

Изобретение относится к устройствам для подготовки и обеззараживания воды и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод от фенола.

Как известно, существует две группы методов очистки сточных вод от фенола: регенеративные (экстракция, перегонка, ректификация, адсорбция, обратный осмос, этерификация, биологическая очистка) и деструктивные (окислительные в различных вариантах и гидролиз). Эти и другие известные способы, а также их комбинированное воздействие на сточные воды, делают их технологически сложными и требуют значительных энергетических и временных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки промышленных сточных вод от фенола, заключающемся в их обработке электрогидравлическим воздействием высоковольтного короткоимпульсного электрического разряда с продолжительностью импульса 1-10 мкс, согласно решению обработку сточных вод проводят в присутствии перекиси водорода в количестве, обеспечивающем разложение фенола до оксида углерода (IV), при этом напряжение электрического разряда составляет 25-30 кВ, а количество импульсов 110-120 (Патент Российской Федерации RU 2326055. Способ очистки промышленных сточных вод от фенола).) (а.с. 2326055, МПК 51 C02F 1/48, C02F 1/72, опубл. 10.06.2008 г.).

Недостатками соответствующего изобретению устройства являются:

- раздельная подача в реактор сточных вод и пероксида водорода с последующим перемешиванием с помощью электромеханической мешалки в реакторе, что не обеспечивает гомогенное перемешивание раствора и соответственно объемную равномерность обработки;

- расположение самой мешалки в непосредственной близости к очагу разряда, что создает опасность ее механических повреждений;

- необходимость нагрева раствора и охлаждения корпуса реактора, что усложняет процесс обработки и требует дополнительных энергетических затрат;

- точечный вывод отходящих газов, приводящий к возможному накоплению газов в реакторе, что нежелательно с точки зрения техники безопасности.

- циклический режим работы устройства, усложняющий его эксплуатацию.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков наиболее близкого аналога и создание надежного, стабильного устройства для обработки фенолсодержащих сточных вод, работающего в проточном режиме.

Поставленная задача решается тем, что загрязненные фенолом сточные воды подаются в устройство для очистки сточных вод от фенола, включающее вертикально установленный реактор цилиндрической формы, снабженный двумя боковыми электродами, на которые подается импульсное напряжение от высоковольтного генератора, систему отвода газов и очищенных сточных вод, отличающееся тем, что оба электрода в реакторе установлены горизонтально, реактор дополнительно содержит сопло Лаваля, а само устройство - систему для непрерывной подачи сточных вод и пероксида водорода, которые предварительно гомогенизируются в статическом смесителе.

Поставленная задача решается также способом очистки сточных вод от фенола, который заключается в воздействии на гомогенную смесь фенолсодержащих сточных вод и пероксида водорода высоковольтным импульсным разрядом и отличающийся тем, что до подачи в реактор фенолсодержащие сточные воды предварительно гомегенизируются с расчетными количествами пероксида водорода в статическом смесителе, при этом скорость подачи пероксида водорода рассчитывается в соответствие с концентрацией фенола в сточных водах в их массовом соотношении пероксид водорода: фенол, равном (1-5):6, пероксид водорода подается в статический смеситель через регулирующий клапан, а гомогенизированный раствор пропускается между электродами, далее через сопло Лаваля, что обеспечивает полное разложение фенола.

Таким образом, отличительными признаками данного устройства от аналога являются: конструкция реактора, включая форму и расположение электродов, обуславливающие равномерность обработки сточных вод; наличие сопла Лаваля, повышающего степень разрушения фенола; непрерывность процесса очистки сточных вод от фенола, что повышает производительность установки; непрерывная подача пероксида водорода в трубопровод через статический смеситель, что способствует большей степени гомогенизации раствора и исключает применение электромеханической мешалки, упрощая тем самым процесс эксплуатации установки; отсутствие электрической печи и системы охлаждения, что также уменьшает энергетические затраты и повышает надежность эксплуатации установки; наличие ловушки для выделившихся в процессе обработки газов, что обеспечивает их полное удаление из реактора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что смесь «фенолсодержащие сточные воды + пероксид водорода» в массовом соотношении ПВ:Ф=(1-5):6 в единице объема, предварительно гомогенизированная в статическом смесителе, подвергается ударно-волновому воздействию, вследствие чего происходит окислительная деструкция фенола. Далее раствор проходит через сопло Лаваля, что приводит к большей степени очистки сточных вод от фенола. В отличие от наиболее близкого устройства-аналога перемешивание сточных вод с пероксидом водорода до подачи в реактор позволяет, во-первых, обеспечить получение более однородного состава раствора и, во-вторых, применять проточный режим его обработки. Кроме того при прохождении ускоренного под действием ударных волн потока жидкости через сопло Лаваля из-за кавитации приводит к деструкции остаточного фенола, что обеспечивает более глубокую очистку сточных вод от фенола.

На фиг. 1 изображена схема устройства для очистки сточных вод от фенола, где 1 - входной патрубок для сточных вод, 2 - регулирующий клапан, 3 - статический смеситель, 4 - разрядная область, 5 - реактор, 6 - электроды, 7 - изоляторы, 8 - сопло Лаваля, 9 - выходной патрубок для отвода очищенной воды, 10 - автоматический газоотводчик. Работа устройства осуществляется следующим образом. Сточные воды подаются на вход 1 и одновременно через регулирующий клапан 2 в статический смеситель, 3 - пероксид водорода, где они, смешиваясь, образовывают гомогенный раствор, который далее поступает в разрядную область 4 реактора 5, где происходит окислительное разрушение фенола высокореакционными диссоциатами, возникающими под действием высоковольтных импульсов напряжения (амплитудой 28-30 кВ, длительностью импульсов 1-100 мкс и частотой их следования 20-500 Гц), подаваемого на электроды 6, изолированные от корпуса реактора диэлектрическими (фторопластовыми или капролоновыми) вставками 7. Объемная скорость подачи водного раствора пероксида водорода предварительно рассчитывается в массовом соотношение «чистый» пероксид водорода : фенол = (1-5):6 в единице объема для установленной производительности устройства. Ускоренный импульсами электрического разряда поток попадает в сопло Лаваля 8, где из-за кавитации и гидродинамических возмущений, приводящих к турбулентности и интенсивному массопереносу раствора, и, как следствие этого - к увеличению частоты столкновений частиц, скорость окислительной деструкции фенола возрастает и осуществляется деструкция остаточного фенола. Очищенные от фенола и нагретые вследствие импульсов разряда примерно до 40 С сточные воды под рабочим давлением аппарата отводятся по трубопроводу 9, а выделенные в результате очистки газы - через автоматический газоотводчик 10.

Примеры работы устройства с применением предложенного способа.

Пример 1. В первом случае проводилась обработка модельного раствора с содержанием фенола 575 мг/дм³ электроразрядными импульсами напряжением 29 кВ и частотой их следования 20 Гц при скорости подачи смеси 2 л/мин с различным массовым соотношением ПВ:Ф (табл. 1).

Пример 2. Во втором случае при таких же условиях обрабатывались реальные сточные воды с первоначальным содержанием фенола 211,4 мг/дм³ (табл. 2).

Таким образом, согласно заявленному изобретению двухступенчатая проточная обработка смеси фенолсодержащих сточных вод с пероксидом водорода, предварительно гомогенизированная до подачи в реактор, при которой в электроразрядной области осуществляются основные реакции разрушения фенола, а в сопле Лаваля - дополнительные, способствующие усилению этих процессов деструкции, обеспечивает более эффективную очистку сточных вод от фенола, а также долговечность, надежность и безопасность работы устройства и упрощение его эксплуатации. Устройство позволяет осуществлять глубокую очистку сточных вод от фенола в проточном режиме за счет интенсивной деструкции фенола пероксидом водорода при ударно-волновом воздействии на гомогенную смесь, а также использования сопла Лаваля - как второй ступени разрушения фенола.

Изобретение относится к устройствам для подготовки и обеззараживания воды и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод от фенола. Устройство для очистки сточных вод от фенола включает вертикально установленный реактор цилиндрической формы, снабженный двумя боковыми электродами, на которые подается импульсное напряжение от высоковольтного генератора, систему отвода газов и очищенных сточных вод, отличающееся тем, что оба электрода в реакторе установлены горизонтально, реактор дополнительно содержит сопло Лаваля, а само устройство - систему для непрерывной подачи сточных вод и пероксида водорода, которые предварительно гомогенизируются в статическом смесителе. Способ очистки сточных вод от фенола, который заключается в воздействии на гомогенную смесь фенолсодержащих сточных вод и пероксида водорода высоковольтным импульсным разрядом и отличающийся тем, что до подачи в реактор фенолсодержащие сточные воды предварительно гомегенизируются с расчетными количествами пероксида водорода в статическом смесителе, при этом скорость подачи пероксида водорода рассчитывается в соответствии с концентраций фенола в сточных водах в их массовом соотношении пероксид водорода : фенол, равном (1-5):6, пероксид водорода подается в смеситель-гомогенизатор, подается через регулирующий клапан, а гомогенизированный раствор пропускается между электродами, далее через сопло Лаваля, что обеспечивает полное разложение фенола. Технический результат – обеспечение эффективной очистки сточных вод от фенола, а также долговечность, надежность и безопасность работы устройства и упрощение его эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для очистки сточных вод от фенола, включающее вертикально установленный реактор цилиндрической формы, снабженный двумя боковыми электродами, на которые подается импульсное напряжение от высоковольтного генератора, систему отвода газов и очищенных сточных вод, отличающееся тем, что оба электрода в реакторе установлены горизонтально, реактор дополнительно содержит сопло Лаваля, а само устройство - систему для непрерывной подачи сточных вод и пероксида водорода, которые предварительно гомогенизируются в статическом смесителе.

2. Способ очистки сточных вод от фенола, заключающийся в воздействии на гомогенную смесь фенолсодержащих сточных вод и пероксида водорода высоковольтным импульсным разрядом и отличающийся тем, что до подачи в реактор фенолсодержащие сточные воды предварительно гомегенизируются с расчетными количествами пероксида водорода в статическом смесителе, при этом скорость подачи пероксида водорода рассчитывается в соответствии с концентраций фенола в сточных водах в их массовом соотношении пероксид водорода : фенол, равном (1-5):6, пероксид водорода подается в смеситель-гомогенизатор подается через регулирующий клапан, а гомогенизированный раствор пропускается между электродами, далее через сопло Лаваля.