ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ БАРЬЕРНЫМ РАЗРЯДОМ

Полезная модель относится к устройствам плазмохимической обработки жидких сред и может быть использована в процессах водоочистки, питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод, обезжелезивания и обеззараживания воды.
-6
-3
Известно устройство, включающее обработку жидкости барьерным разрядом в реакторе, состоящем из корпуса, в верхней части которого размещен узел создания водогазовой смеси, электродной системы, расположенной под узлом создания водогазовой смеси, и узла отвода водогазовой смеси, размещенного под электродной системой. Узел создания водогазовой смеси включает аэратор, эжектор, патрубки подвода воды и отвода воздуха и газов. К электродной системе подключен генератор высоковольтных импульсов. Обработку воды осуществляют барьерными разрядами при длительности положительных и/или отрицательных высокочастотных импульсов не более 0,5⋅10 с и отношении амплитуды импульсного напряжения к расстоянию между электродами в пределах (2-10)⋅10 В/мм (Патент на изобретение РФ №2136600 МПК C02F 1/46, C02F 7/00; заявл. 16.12.1997; опубл. 16.12.1997).
Недостатком установки является сложность устройства в сочетании с малой производительностью, а также необходимость предварительного диспергирования жидкой среды перед электроразрядной обработкой.
Наиболее близким по техническому решению является изобретение устройства для очистки и дезинфекции жидких, твердых и газообразных веществ, включающего внешний трубчатый электрод, внутренний электрод, на поверхность которого нанесен диэлектрический слой, с образованием узкой области для прохождения жидкости между электродами, средства для создания плазмы в газообразной среде (Патент на изобретение РФ №2415680, 2415680, МПК С2, B01J 19/08; заявл. 02.05.2006; опубл. 10.04.2011 бюл. №10).
К недостаткам относятся низкая устойчивость элементов устройства к высоким температурам из-за отсутствия жидкостного охлаждения центрального электрода, неравномерность распределения разрядов в межэлектродном пространстве, а также недостаточная эффективность обеззараживания воды от условно-патогенных микроорганизмов. Кроме того, устройство не пригодно для промышленного использования, так как в конструкции не предусмотрен коллектор, собирающий и выводящий из реактора обработанную жидкость. Данное устройство выбрано за прототип.
Технической задачей предлагаемого устройства является достижение устойчивости элементов устройства к высоким температурам, равномерного распределения разрядов в межэлектродном пространстве; повышение эффективности обеззараживания воды от условно-патогенных микроорганизмов, что позволяет использовать плазмохимический реактор в промышленности.
Поставленная техническая задача достигается следующим образом:
- внутренний электрод заполняется электролитом;
- установлен формирователь пленочного потока жидкости;
- установлен коллектор, который собирает и выводит обработанную жидкость;
- в коллектор встроен штуцер ввода газа, который проходит по всей длине реактора и выводится через штуцер вывода газа, размещающийся в верхней части реактора.
На фиг. 1 изображен плазмохимический реактор обработки жидкости
барьерным разрядом: 1 - электрод внешний цилиндрический; 2 - электрод внутренний, заполненный электролитом, выполненный из металла, на внешнюю поверхность которого нанесен диэлектрический полимерный материал; 3 - пленка обрабатываемой жидкости; 4 - формирователь пленочного потока жидкости; 5 - коллектор для сбора обрабатываемой жидкости; 6 - штуцер ввода обрабатываемой жидкости; 7 - штуцер вывода обработанной жидкости; 8 - штуцер ввода охлаждающего электролита; 9 - штуцер вывода охлаждающего электролита; 10 - штуцер ввода газа; 11 - штуцер вывода газа.
Обрабатываемый раствор поступает в реактор через штуцер ввода обрабатываемой жидкости (6) и попадает в формирователь пленочного потока жидкости (4). Далее тонкая пленка обрабатываемой жидкости (3) стекает по внутренней поверхности корпуса реактора, являющегося внешним электродом (1). Барьерный разряд возбуждается между внутренним электродом, выполненным из металла, на внешнюю поверхность которого нанесен полимерный материал (2), и поверхностью жидкости (3). Кроме тонкой пленки жидкости межэлектродное пространство заполнено газом (кислород воздуха или инертный газ), подающимся через штуцер ввода газа (10) и выводящимся через штуцер вывода газа (11). С целью отведения тепла из зоны возбуждения разряда внутри металлического электрода, выполненного из металла, на внешнюю поверхность которого нанесен полимерный материал (2), предусмотрен проток охлаждающего электролита, вводимого через штуцер ввода электролита (8) и выводимого через штуцер вывода электролита (9). Обработанная барьерным разрядом жидкость собирается в коллекторе (5) и далее выводится из реактора через штуцер вывода обработанной жидкости (7).
Предлагаемая полезная модель устройства иллюстрируется следующими примерами.
4
Пример 1. В 5 л модельного раствора содержалось 5⋅10 КОЕ/мл дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae. Порядок снижения исходной концентрации дрожжевых клеток в течение 10 минут обработки барьерным разрядом показан в таблице 1.
4
Пример 2. В 5 л модельного раствора содержалось 1⋅10 КОЕ/мл
сенной палочки Bacillus subtilis, относящейся к классу грамположительных
микроорганизмов. Порядок снижения исходной концентрации микроорганизмов в течение 10 минут обработки барьерным разрядом показан в таблице 1.
6
Пример 3. В 5 л модельного раствора содержалось 7⋅10 КОЕ/мл кишечной палочки Escherichia coli, относящейся к классу грамотрицательных микроорганизмов. Порядок снижения исходной концентрации бактерий в течение 10 минут обработки барьерным разрядом показан в таблице 1.
По сравнению с прототипом, заполнение внутреннего электрода электролитом позволяет повысить устойчивость элементов устройства к высоким температурам.
Установленный формирователь пленочного потока жидкости способствует равномерному распределению разрядов в межэлектродном пространстве.
Установленный коллектор и штуцеры ввода и вывода газа позволяют использовать плазмохимический реактор в промышленности.
Встроенные штуцеры ввода и вывода газа позволяют проводить плазмохимическую обработку жидкости в среде требуемого газа (кислород воздуха, инертный газ).
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства позволяет повысить эффективность обеззараживания воды от условно-патогенных микроорганизмов.