СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF PURIFYING AND DISINFECTING WASTE WATER

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.
3
2
2
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 СНОН+О→НСНО+HO. Образовавшийся формальдегид разлагается на H 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.