ПЛАЗМОГАЗОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к устройствам плазмокаталитической обработки жидких сред с дополнительным газоподведением и может быть использована в процессах водоочистки, питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод от трудноокисляемых органических веществ 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 громоздкость оборудования и сложность в управлении материальными потоками в сочетании с малой производительностью ввиду необходимости предварительной подготовки обрабатываемой жидкости путем ее диспергирования.
Известно, выбранное в качестве прототипа устройство обработки жидкостей барьерным разрядом с центральным электродом, выполненным из стекла и заполненным электролитом, циркулирующим по замкнутому контуру, причем электролит подается через вводной канал, располагающийся внутри электрода с выходом жидкости вблизи дна стеклянного электрода (Патент на полезную модель №161968, МПК C02F; заявл. 22.09.2015; опубл. 20.05.2016 бюл. №14).
Недостатком устройства является невозможность одновременного обеззараживания и окисления органических веществ в целях обезвреживания и снижения показателя химического потребления кислорода обрабатываемой жидкости.
Технической задачей и результатом, на решение которых направлено заявляемое устройство является обеспечение одновременного обеззараживания и окисления органических веществ, приводящего к снижению показателя химического потребления кислорода обрабатываемой воды, методом плазмогазокаталитической обработки.
2
Технический результат достигается тем, что используется устройство обработки жидкостей барьерным разрядом с центральным электродом, выполненным из стекла и заполненным электролитом, циркулирующим по замкнутому контуру, с возможностью подачи электролита через вводной канал, располагающийся внутри электрода с выходом жидкости в нижней части стеклянного электрода. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что в межэлектродном пространстве газоразрядной камеры, располагающемся между центральным электродом, выполненным из стекла, и пленкой жидкости, стекающей по внешнему электроду, установлена термостойкая полимерная сетка с размером ячеек 4-10 мм, на поверхность нитей которой нанесен каталитически активный слой, содержащий оксиды металлов, применяемых в реакциях гетерогенного катализа окисления органических веществ. В формирователь пленочного потока жидкости установлен штуцер ввода газа-окислителя, который подается в газорарядную камеру, что способствует дополнительному охлаждению термостойкой полимерной сетки и интенсифицирует процесс окисления органических веществ.
Предлагаемая полезная модель устройства иллюстрируется схемой плазмогазокаталитического реактора обработки жидкости, представленного на фиг. 1: 1 - электрод внешний; 2 - электрод внутренний стеклянный, заполненный электролитом; 3 - пленка жидкости; 4 - газоразрядная камера; 5 - термостойкая полимерная сетка, на поверхность нитей которой нанесен каталитически активный слой; 6 - формирователь пленочного потока жидкости; 7 - штуцер ввода жидкости; 8 - штуцер ввода газа; 9 - штуцер ввода электродного электролита; 10 - штуцер вывода электродного электролита.
Устройство работает следующим образом. Обрабатываемый раствор поступает в реактор через штуцер ввода обрабатываемой жидкости (7) и попадает в формирователь пленочного потока жидкости (6). Далее тонкая пленка обрабатываемой жидкости (3) стекает по внутренней поверхности корпуса реактора, являющегося внешним электродом (1). Барьерный разряд возбуждается в газоразрядной камере (4) между внутренним стеклянным электродом (2), заполненным электролитом, ввод и вывод которого осуществляется через соответствующий штуцер ввода (9) и штуцер вывода (10) электродного электролита, и поверхностью пленки жидкости (3). Кроме тонкой пленки жидкости в межэлектродном пространстве проходит газовый поток (кислород воздуха, кислород), подающимся через штуцер ввода газа (8), который под действием барьерного разряда ионизируется и приводит к интенсификации окисления органических веществ в обрабатываемой жидкости. В зоне газового потока установлена термостойкая полимерная сетка (5) с размером ячеек 4-10 мм, на поверхность нитей которой нанесен каталитический слой, активируемый барьерным разрядом.
Предлагаемая полезная модель устройства иллюстрируется следующими примерами.
5
Пример 1. В 5 л модельного раствора содержалось 1⋅10 КОЕ/мл дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae. Исходное значение показателя химического потребления кислорода (ХПК) раствора, обусловленное содержанием этанола составляло 540 мг О/л. Порядок снижения исходной концентрации дрожжевых клеток в течение 10 минут обработки в плазмогазокаталитическом реакторе показан в таблице 1. Порядок изменения показателя ХПК в течение 10 минут обработки раствора этанола в плазмогазокаталитическом реакторе показан в таблице 2.
5
Пример 2. В 5 л модельного раствора содержалось 1⋅10 КОЕ/мл кишечной палочки Escherichia coli, относящейся к классу грамотрицательных микроорганизмов. Исходное значение показателя химического потребления кислорода (ХПК) раствора, обусловленное содержанием ацетальдегида составляло 870 мг О/л. Порядок снижения исходной концентрации кишечной палочки в течение 10 минут обработки в плазмогазокаталитическом реакторе показан в таблице 1. Порядок изменения показателя ХПК в течение 10 минут обработки раствора ацетальдегида в плазмогазокаталитическом реакторе показан в таблице 2.
5
Пример 3. В 5 л модельного раствора содержалось 7⋅10 КОЕ/мл сенной палочки Bacillus subtilis, относящейся к классу грамположительных микроорганизмов. Исходное значение показателя химического потребления кислорода (ХПК) раствора, обусловленное содержанием уксусной кислоты составляло 580 мг О/л. Порядок снижения исходной концентрации сенной палочки в течение 10 минут обработки в плазмогазокаталитическом реакторе показан в таблице 1. Порядок изменения показателя ХПК в течение 10 минут обработки раствора уксусной кислоты в плазмогазокаталитическом реакторе показан в таблице 2.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства обеспечивает одновременное обеззараживание и окисление органических веществ, что приводит к снижению показателя химического потребления кислорода обрабатываемой воды.