УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ "МУТНЫХ" ВОД

Устройство предназначено для стерилизации воды, особенно "мутной", слабо или практически непрозрачной для УФ излучения и, в ряде случаев, обладающей высокой проводимостью.
Использование электрического разряда в воде для ее очистки от микробного и химического загрязнителя - является весьма перспективным направлением в области электрофизических экологических технологий.
Отличительной чертой этих технологий (электронный пучок, озонирование, электрический разряд) является то, что они не требуют применения вредных и опасных хлор и фторосодержащих веществ. В то же время использование импульсного разряда значительно проще и дешевле чем, например, применение электронного пучка.
Разрушение микроорганизмов в результате нагрева связано с термической активацией молекул. Тепловой метод является достаточно простым, и имеет ряд существенных недостатков. Например, ряд микроорганизмов устойчив даже при высоких температурах, поэтому тепловое воздействие может быть эффективным (в ряде случаев) только при длительном воздействии.
Бактериологическая обработка "мутных" вод имеет большое значение. Так, например, при химической очистке сточных вод, которые, как правило, обладают недостаточно высокой прозрачностью, используются специальные бактерии. Поэтому на последующих стадиях обработки сточных вод остро стоит вопрос уничтожения этих бактерий. Кроме того, многие естественные источники воды могут содержать большое количество взвешенных частиц, что существенно ослабляет действие УФ излучения.
Известно, что микробиологическое воздействие импульсного высоковольтного разряда обусловлено следующими факторами.
1. Локальное воздействие: сосредоточено в области плазменных каналов и плазменных лидеров и стримеров и обусловлено воздействием гидратированных электронов, ионов и активных радикалов (зона действия ≤10 мм).
2. Нелокальное воздействие: волновые процессы - механические (акустические, ударные волны) и электромагнитные (УФ излучение), которое оказывает, как прямое воздействие, так и фотолитическое - генерация активных радикалов ОН и др. (зона действия ≤30-40 мм).
В мутной среде фактор воздействия, связанный с УФ излучением неэффективен из-за низкой ее прозрачности в области УФ. Отметим так же, что мутные воды, как правило, обладают повышенной электрической проводимостью, что затрудняет формирование высоковольтного импульсного разряда, когда речь, идет об импульсах достаточно малой энергии (0,1-10 Дж).
Известно устройство (US 6558683 В2, 02.07.2002), содержащее камеру полностью заполненную водой, в которой размещено разрядное устройство. Работа устройства основана на вводе в межэлектродное пространство газовых пузырей. Это обеспечивает возможность формирования разряда в широком диапазоне значений проводимости воды.
3
2
2
В газовых пузырях на границе вода-газ формируется поверхностный разряд, который генерирует мощное УФ излучение и активные частицы, как в воде, так в пузырьках (О, НO и др.). Активные частицы из пузырьков эффективно растворяются в воде, увеличивая микробное воздействие на воду.
Еще одним фактором воздействия является образование множества мелких пузырьков, которые под воздействием разряда могут охлопываться, образуя ударные волны.
Ударно волновое воздействие играет существенную роль в микробиологической очистке мутных вод. В мутной воде на взвешенных в ней частицах микроорганизмы могут образовывать большие скопления (колонии), что существенно снижает эффективность воздействия на них различных факторов связанных с импульсным разрядом (УФ, химически активные агенты и др.).
Для повышения эффективности влияния указанных выше факторов воздействия на микроорганизмы необходимо размельчение, осаждение взвешенных в воде частиц. Последнее реализуется за счет ударно-волнового воздействия разряда на воду.
Таким образом недостатком прототипа является ограниченность эффективности воздействия на воду.
Техническим результатом использования предложенного устройства является значительное усиление удароноволнового, радиационного (УФ) и теплового воздействия на мутную воду, что помимо непосредственного воздействия на бактерии, приводит к "просветлению" воды (взвешенных частиц) и следовательно увеличению воздействия УФ излучения на бактерии.
Для существенного повышения эффективности воздействия, указанного выше разрядного устройства в предлагаемом нами устройстве в качестве газа (пузырьков газа) вводимого в межэлектродное пространство следует использовать горючую смесь газов.
Электрический разряд поджигает горючую смесь (например, метан с воздухом или кислородом). В результате сгорания смеси возникает интенсивная акустическая (УВ) и происходит генерация УФ излучения, выделяется дополнительная энергия, приводящей к нагреву воды.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки «мутных» вод содержит камеру с патрубками для прокачки воды, разрядное устройство, размещенное в воде, заполняющей часть камеры, объем с газом, сообщенный, с одной стороны, с резервуаром с газом, а с другой стороны - посредством газопровода с насосом и вентилем с пространством над водой, при этом в качестве газа используется горючая смесь углеводородов с воздухом или кислородом.
На чертеже представлено устройство для очистки воды.
Устройство для очистки «мутных» вод содержит камеру 1 с патрубками 5 и 6 для прокачки воды 3, разрядное устройство 2, размещенное в воде, заполняющей часть камеры, объем 10 с газом, сообщенный, с одной стороны, с резервуаром 11 с газом, а с другой стороны - посредством газопровода 9 с насосом 7 и вентилем 8 с пространством над водой, при этом в качестве газа используется горючая смесь углеводородов с воздухом или кислородом. Устройство кроме того содержит вентили 12 и 13 для регулировки подачи газа, клапан 14 для регулирования максимально допустимого давления газа к камере и газопровод 15.
Камера 1 заполняется обрабатываемой водой до уровня патрубка 6 (или же обрабатываемая вода прокачивается через ванну) Из объема 10 горючая смесь заполняет газопровод 15.
От генератора 4 (напряжение U≤20 кB, длительность тока τ=3-5 мкс, частота следования импульсов f≤100 Гц), к разрядному устройству 2 подается высоковольтный импульс с определенной частотой посылок, инициирующий электрический разряд и горение в пузырьках.
В пузырьках газа формируется электрический разряд длительностью несколько мкс, затем следует пауза, продолжительностью ≈0,1 мс, после чего происходит возгорание горючей смеси. Длительность процесса горения ≈1,0 мс. Выделяемая при сгорании
горючей смеси тепло идет на нагрев воды и может быть использовано (утилизировано). Горение сопровождается генерацией акустических и ударных волн и УФ излучением.
Использование горючей смеси углеводородов с воздухом или кислородом позволяет осуществлять последовательное воздействие на воду электрического разряда в газовой смеси, а затем и процесса горения, что приводит к существенному усилению ударно-волнового воздействия на микроорганизмы в воде, к "просветлению" воды в результате осаждения взвешенных в воде частиц и следовательно повышению эффективности воздействия УФ излучения на микроорганизмы и нагреву воды.
Таким образом, энергия, выделяющаяся при сгорании горючей смеси существенно усиливает ударно-волновое, радиационное (УФ) и тепловое воздействие на зараженную микроорганизмами мутную воду и тем самым значительно повышает эффективность микробиологической очистки мутных вод. Предполагаемое устройство может быть использовано и для очистки воды от органических, химических загрязнений.
Устройство было изготовлено и испытанно в Институте Общей Физики им A.M.Прохорова. Промышленное применение предлагаемого устройства состоит в следующем. Очистка мутных вод от микробиологических и органических, химических загрязнений на станциях очистки воды на разных ее стадиях. Очистки воды непосредственно на различных промышленных предприятиях. Очистка воды из природных водоемов, в том числе и для индивидуального пользования.