УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Предложение относится к области обработки, очистки и обеззараживания воды и водных растворов.
В процессах использования различных видов воды и водных растворов они часто подвергаются различным методам обработки для придания им требуемых по условиям эксплуатации свойств.
Наиболее известными способами воздействия на воду и водные растворы в промышленных объемах являются: реагентные; механические; термические; обработка ЭМ излучением различных длин волн; обработка электрическими и магнитными полями и разрядами.
У каждого из этих методов имеются свои специфические достоинства, недостатки и области применения.
Хлорирование: При взаимодействии хлора с органическими веществами, содержащимися даже в очищенной воде, образуются хлорорганические соединения, наиболее опасными из которых являются тригалогенметаны и диоксины, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами.
Хлорированная вода часто имеет неприятный привкус, запах, цвет с зеленовато-желтым оттенком; она может раздражать кожу и слизистые оболочки глаз.
Обработка УФ излучением:
- источником ультрафиолетовых лучей в современных установках водоочистки служат ртутные лампы, изготовленные из кварцевого или увиолевого стекла. Применяются также ртутно-кварцевые лампы высокого давления (400…800 мм рт.ст.) и аргоново-ртутные лампы низкого давления (3…4 мм рт.ст.), но их электрическая мощность не превышает 30 Вт, что позволяет применять их только в небольших установках или набирать в большие устройства в количестве свыше 1000 шт.;
- обеззараживание воды поверхностных источников ультрафиолетовыми лучами следует производить только после всех стадий ее обработки, чтобы она содержала как можно меньше различных примесей, повышающих величину коэффициента поглощения;
- необходимость периодической механической или реагентной очистки поверхности излучателей от загрязнений;
- невысокий срок службы ламп, не превышающий 6 лет;
- высокая стоимость и возможность последующего заражения воды (т.е. отсутствие последействия УФ облучения), что вынуждает использовать последующее дополнительное хлорирование.
Озонирование.
Преимущества обработки озоном заключается в том, что после взаимодействия загрязняющими химическими и микробиологическими веществами он образует молекулярный и атомарный кислород и предельные оксиды, которые не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию канцерогенных веществ, что имеет место при использовании хлора или фтора. [С.А. Григорьев и др. Электрохимическая обработка воды в системе с твердым электролитом. Всероссийский научно-практический журнал. Вода. Химия и экология. №3, 2016].
Широкому использованию существующего метода озонирования мешают:
- сложность получения озона, существующие озонаторы громоздки, энергоемки, ненадежны, требуют специальных компрессорных машин, и дают невысокую степень использования озона;
- требуются существенные затраты на соблюдение техники безопасности. В зале озонаторов и в помещениях распределительных камер должна предусматриваться приточно-вытяжная вентиляция во взрывобезопасном исполнении как постоянно действующая, так и аварийная на случай превышения допустимой концентрации озона.
- традиционное озонирование сохраняет обеззараживающее действие лишь на короткое время - не более 1 часа. Это вынуждает наряду с озонированием использовать в системах водоочистки дополнительное хлорирование с уменьшенными дозами.
[http//www.allbest.ru/manufacture/2c0b65625a2bc69b4d53b88521306d370.html, 24.06.2014. Сравнение методов обеззараживания сточных вод].
Предпосылками для применения плазмотронов как источников озона для процесса плазменной обработки воды и водных растворов является то, что на периферии плазменной струи как инертных, так и химически активных газов образуется большое количество озона, который является вредным выделением процессов плазменного напыления, наплавки и др. [С.В. Дресвин. Физика плазмы. Изд. Политехнического университета. Санкт-Петербург, 2013]; [Г.Ю. Даутов и др. Плазмотроны со стабилизированными электрическими дугами. Киев, Наукова Думка, 1984].
Технической задачей и положительным результатом устройства для плазменной обработки воды и водных растворов является повышение эффективности производства озона и исключение его попадания в окружающую среду.
Для решения этой задачи предлагается устройство для плазменной обработки воды и водных растворов воздействием плазменной дуги или струи, представляющее собой реактор проточного типа, устанавливаемый на входном патрубке очистных сооружений. Внутри реактора расположен плазмотрон, являющийся источником плазмы, погруженный непосредственно в обрабатываемую среду, в качестве источника плазмы используется дуговой плазмотрон постоянного тока со стержневым или коаксиальным катодом, выполненным из чистого или легированного вольфрама, графита, циркония, гафния или их сплавов и цилиндрическим соплом-анодом, выполненным из меди, и для уменьшения эрозии анода дуге, горящей внутри сопла, придается вращение в плоскости перпендикулярной оси плазмотрона дуге с помощью вихревой подачи плазмообразующего газа или с помощью внешнего магнитного поля электрического или постоянного магнита, возможно вынесение медного анода в объем реактора, и тогда для уменьшения эрозии ему придается вращение в плоскости, проходящей через ось плазмотрона таким образом, что анодное пятно дуги расположено на касательной к наружной поверхности анода.
При этом на выходе из реактора вытекает полностью обеззараженная вода, содержащая озон требуемой концентрации и кислород.
Устройство раскрывается на чертежах, где:
на Фиг. 1 - общий вид устройства в системе очистных сооружений;
на Фиг. 2 - технологическая схема устройства;
на Фиг. 3 - вид реактора в разрезе.
Устройство содержит входной патрубок 1; реактор 2; плазмотрон 3; межэлектродную вставку 4; вынесенный вращающийся анод 5; дугу 6, горящую с торца электрода 13; плазменную струю 9, погруженную в поток обрабатываемой жидкости 11; систему подачи плазмообразующего газа 12; дуга 6 и струя 9 являются источниками УФИ бактерицидного спектра 7; на периферии дуги и струи образуется озон 8, атомарный и молекулярный кислород; процесс образования озона продолжается на поверхности газовых пузырей 10, отрывающихся от струи;.
2
3
Указанная техническая задача достигается в устройстве для плазменной обработки воды и водных растворов, так как озон образуется в реакторе в процессе плазмохимической обработки и полностью растворяется в обрабатываемой водной среде. Более подробно реактор представлен на Фиг. 2. Катодный узел плазмотрона 13 закреплен на стенке реактора 2, а вращающийся анод 5 расположен в потоке воды 11 таким образом, что вращение происходит в плоскости, проходящей через ось плазмотрона, а контакт анодного пятна расположен на поверхности вращения. Электрическая дуга 6 горит между катодом внутри катодного блока и поверхностью вращающегося анода 5. За анодным пятном внутрь реактора распространяется плазменная струя 9. Плазменная дуга 6 и плазменная струя 9 являются источниками УФ и УЗ излучения 7 и на их поверхности присутствуют ионы кислорода O+ и O++, атомарный кислород О, возбужденные молекулы O и молекулы озона O 8, высокая турбулентность гетерофазного потока, обеспечивающая активное перемешивание среды, приводит к тому, что процесс образования озона происходит на поверхности газовых пузырей 10, оторвавшихся от основной плазменной струи. Обработанная вода через выходной патрубок 17 реактора поступает в бассейн чистой воды 14 и, после введения коагулянта из дозатора 15, через выходной патрубок 16 бассейна чистой воды поступает на фильтры тонкой очистки.
Струя плазмы обеспечивает полное растворение озона и его распределение во всем объеме обрабатываемой жидкости в реакторе, при этом исключается утечка озона в окружающую атмосферу. Дополнительные биоцидные факторы плазменной струи, генерируемые устройством для плазменной обработки: жесткий УФ бактерицидного спектра и широкополосное УЗ излучение приводят к полной ликвидации бактериальных загрязнений обрабатываемой воды или водных растворов.
После введения коагулянта и осаждения механических примесей вода поступает в существующие системы водоочистки.