УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЁННОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к охране окружающей среды, в частности к устройствам для очистки природных и сточных вод от токсичных органических примесей, и может быть использовано для снижения концентрации органических соединений в загрязненной воде.
Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее корпус из диэлектрического материала, две электродные камеры, одну рабочую камеру, два электрода: анод и катод, две мембраны, выполненные из целлофана, входные и выходные патрубки для подвода и отвода сточных вод, входные и выходные патрубки для подвода и отвода электролита, барботер, фильтрующий материал, два источника кавитационного поля [Патент N 2243941 РФ, МПК C02F 1/46, C02F 1/34, C02F 1/46, C02F 101:30, C02F 103:04. Устройство для очистки сточных вод / Касперович В.Л. (RU), Быков А.В. (RU). - Заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU). - №2003101950/15; заявл. 24.01.2003, опубл. 10.01.2005, Бюл. №1. - 5 с: илл.].
Недостатком устройства является недостаточная эффективность процесса окисления органических примесей из-за:- низкой развитости поверхности раздела фаз, обуславливающей большие размеры реактора и высокие удельные энергозатраты; - высокой температуры в зоне импульсного разряда, увеличивающей степень уноса очищаемой жидкости в атмосферу; - необходимости использования дорогостоящего оборудования для создания разряда.
Наиболее близким к полезной модели является устройство для очистки загрязненной воды, содержащее корпус с диэлектрическими стенками, анодный и катодный плазмоформирующие элементы, крышку с выполненным в ней штуцером, сопло, диэлектрическую распорку, нижние концы электродов приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, расположены в нижней части камеры над соплом, а сопло установлено над поверхностью обрабатываемой воды на расстоянии 3÷7 мм от нее; к штуцеру подсоединен источник бесперебойной подачи сжатого воздуха высокого давления, а плазмоформирующие элементы подключены к генератору импульсных напряжений. [Патент №156243 РФ, МПК C02F 1/46, «Устройство для очистки загрязненной воды» Богданов П.В., Шутов Д.А., Иванов А.Н., - Заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" ИГХТУ (RU). - №2015109420/05; заявл. 17.03.2015, опубл. 10.11.2015].
Недостатком прототипа является малый энергетический вклад для образования ряда активных частиц, воздействующих на раствор.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности процесса очистки, увеличение КПД и упрощение конструкции без изменения ее массы и габаритов.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для очистки загрязненной воды, содержащем корпус из диэлектрического материала, в котором напротив друг друга размещены анодный и катодный плазмоформирующие элементы, расположенные в нижней части камеры над соплом, при этом нижние концы электродов приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, верхняя часть корпуса закрыта крышкой с выполненным в ней штуцером, в нижней части корпуса установлено сопло над поверхностью обрабатываемой воды на расстоянии 3÷7 мм от нее; к штуцеру подсоединен источник бесперебойной подачи сжатого воздуха высокого давления, согласно полезной модели, плазмоформирующие элементы выполнены в виде стержней из токопроводящего материала, нижние их части размешены крестообразно в одной горизонтальной плоскости с имеющимися, а плазмоформирующие элементы подключены к генераторам импульсных напряжений.
Технический результат данной полезной модели достигается за счет того, что в область основного разряда добавлено еще два электрода с источником тока, что в ходе работы увеличивает энергетический вклад в основной разряд и это приводит к увеличению ряда образующихся активных частиц, воздействующих на раствор, что, в конечном счете, сокращает время обработки в 1,5 раза.
Полезная модель поясняется чертежом, где показано устройство в разрезе.
Устройство для очистки загрязненной воды содержит цилиндрический корпус 1 из диэлектрика, в котором расположены две пары плазмоформирующих элементов 2, выполненные в виде стержней из токопроводящего материала и установленных крестообразно в одной плоскости, соединенные с генераторами импульсных напряжений 5. Верх камеры закрыт крышкой 3 с выполненным в ней штуцером 4, в нижней части камеры установлено сопло 6. Нижние концы плазмоформирующих элементов 2 приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, установлены в нижней части корпуса 1 над соплом 6, а сопло 6 установлено над поверхностью обрабатываемой воды на расстоянии 3-7 мм от нее. К штуцеру 4 подсоединен источник бесперебойной подачи сжатого воздуха высокого давления.
-4
Устройство работает следующим образом: К плазмоформирующим элементам 2 в виде стержней из токопроводящего материала, установленных крестообразно в одной плоскости, нижние концы которых приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, расположенным в нижней части корпуса 1 над соплом 6, подключаются высоковольтные источники импульсного питания 5 с выходным напряжением до 10 кВ, частотой 20 кГц и мощностью 500 Вт, характеристик которого достаточно для пробоя воздушного промежутка и поддержания стабильного горения импульсного разряда между электродами 2. Одновременно к штуцеру 4, выполненному в крышке 3 верхней части корпуса 1, подключается источник бесперебойной подачи сжатого воздуха с давлением до 10 атмосфер. В процессе работы в корпусе 1 образуется низкотемпературная плазма, которая с высоким давлением выходит из сопла 6, находящегося на расстоянии, например, 5 мм от поверхности загрязненной воды, воздействует на нее. При расположении сопла 6 на расстоянии меньше 3 мм от обрабатываемой воды происходит разбрызгивание воды от струи плазмы под давлением. При расположении сопла 6 на расстоянии более 7 мм от обрабатываемой воды эффективность воздействия уменьшается. В качестве загрязнителя использовали раствор красителя фенолового красного, разведенного в дистиллированной воде, стабилизированный буферным раствором NaOH до значения рН=7. Концентрация фенолового красного составляла величину ~1,1×10 моль/л. Объем раствора составлял 100 мл и в процессе обработки раствор перемешивался. В ходе горения холодной плазменной струи образовался ряд активных частиц, воздействующих на поверхность раствора. Исследование обработанного раствора показали, что в процессе воздействия на раствор в нем образуются радикалы , , , , и др., а также снижается кислотность и увеличивается концентрация пероксида, в результате чего происходит деструкция загрязнителя и вода очищается от загрязнений. Кроме этого отсутствует дополнительное количество тяжелых металлов и других элементов, загрязняющих очищаемую воду при реакции между очищаемой водой и плазмоформирующими элементами от их непосредственного контакта. Добавление дополнительных плазмообразующих элементов позволило увеличить эффективность воздействия плазмы на раствор, что повысило скорость его деструкции в 1,5 раза.