РЕАКТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использовано при проектировании новых установок для очистки и обеззараживания воды высокой производительности с низкими энергозатратами при обработке воды.
Известен реактор для обработки воды электрическим разрядом, содержащий резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, частично заполняемый обрабатываемой водой, секционированный электрод, выполненный в виде металлических дисков, размещенных рядами по поверхности листа из диэлектрического материала, секционированный электрод устанавливается над поверхностью обрабатываемой воды с промежутком, заполняемым кислородсодержащим газом, электрический разряд возбуждается при приложении потенциала в кислородсодержащем газе в промежутке между секционированным электродом и обрабатываемой водой (Воздействие факельного разряда на воду \ В.М.Лелевкин, А.В.Токарев и др. \\ Тез. докл. конф. посвящ. воде: Экология и технология (ЭКВАТЭК-98). М., 26-30 мая 1998 г. Изд. «СИБИКО И.», 1998. - С.660).
Недостатком реактора для обработки воды электрическим разрядом являются высокие энергозатраты при обработке воды, что обусловлено низкой интенсивностью излучения разряда и малым выходом химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде используемой формы, а также низкой эффективностью воздействия на обрабатываемую воду основных факторов используемой формы электрического разряда (воздействие осуществляется фактически только на поверхностный слой обрабатываемой воды в местах размещения секций секционированного электрода), нестабильностью и неравномерностью электрического разряда.
Известен реактор для обработки воды электрическим разрядом, содержащий резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, частично заполняемый обрабатываемой водой, секционированный электрод, выполненный в виде металлических
дисков, размещенных рядами по поверхности листа из диэлектрического материала, секционированный электрод устанавливается над поверхностью обрабатываемой воды с промежутком, заполняемым кислородсодержащим газом, электрический разряд возбуждается при приложении потенциала в кислородсодержащем газе в промежутке между секционированным электродом и обрабатываемой водой (Пискарев И.М., Аристова Н.А. Генерирование озоно-гидроксильной смеси и ее применение // Тез. докл. конф. посвящ. озону и другим экологически чистым окислителям. М., 7-9 июня 2005 г. Изд. «Книжный дом Университет», 2005. - С.184).
Указанный реактор для обработки воды электрическим разрядом является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.
Недостатком реактора для обработки воды электрическим разрядом являются высокие энергозатраты при обработке воды, что обусловлено низкой интенсивностью излучения разряда и малым выходом химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде используемой формы, а также низкой эффективностью воздействия на обрабатываемую воду основных факторов используемой формы электрического разряда (воздействие осуществляется фактически только на поверхностный слой обрабатываемой воды в местах размещения секций секционированного электрода), нестабильностью и неравномерностью электрического разряда.
Полезная модель направлена на решение задачи снижения энергозатрат при обработке воды, что является целью изобретения.
Указанная цель достигается тем, что в реакторе для обработки воды электрическим разрядом, содержащем резервуар с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной воды, частично заполняемый обрабатываемой водой, секционированный электрод, выполненный в виде металлических дисков, размещенных рядами по поверхности листа из диэлектрического материала, секционированный электрод устанавливается над поверхностью
обрабатываемой воды, являющейся вторым электродом, с промежутком, заполняемым кислородсодержащим газом, металлические диски секционированного электрода не соединены электрически, реактор снабжен дополнительным сплошным электродом из металла в виде листа, с площадью, равной площади секционированного электрода, плотно прижимаемом к секционированному электроду с наружной стороны таким образом, что между металлическими дисками секционированного электрода и поверхностью дополнительного сплошного электрода размещается слой листа из диэлектрического материала, потенциал прикладывается к дополнительному сплошному электроду.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат при обработке воды, что достигается повышением интенсивности излучения электрического разряда, интенсификацией процессов синтеза и увеличением выхода химически активных веществ и радикалов, образующихся при электрическом разряде, более эффективным и полным использованием всех активных факторов электрического разряда при обработке воды, изменением формы электрического разряда - повышением его стабильности и равномерности.
Снижение энергозатрат при обработке воды является полученным техническим результатом, обусловленным новой конструкцией реактора для обработки воды электрическим разрядом, новыми элементами и связями, их реализацией, новой реализуемой в реакторе для обработки воды формой электрического разряда, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого реактора для обработки воды электрическим разрядом являются существенными.
На рисунке приведена функциональная схема реактора для обработки воды электрическим разрядом с элементами конструкции, поясняющая его устройство и принцип действия, а также новый принцип осуществления электрического разряда в заполненном кислородсодержащим газом промежутке между секционированным электродом и поверхностью обрабатываемой воды.
Реактор для обработки воды содержит резервуар 1, частично заполняемый обрабатываемой водой, с патрубками для подвода исходной 2 и отвода обработанной 3 воды, секционированный электрод 4, выполненный в виде металлических дисков, размещенных рядами по поверхности листа из диэлектрического материала 5, секционированный электрод устанавливается над поверхностью обрабатываемой воды, являющейся вторым электродом 6, с промежутком, заполняемым кислородсодержащим газом, металлические диски секционированного электрода не соединены электрически, дополнительный сплошной электрод из металла в виде листа 7, с площадью, равной площади секционированного электрода, плотно прижимаемом к секционированному электроду с наружной стороны таким образом, что между металлическими дисками секционированного электрода и поверхностью дополнительного сплошного электрода размещается слой листа из диэлектрического материала, источник питания 8, выводы которого подключены к контакту дополнительного сплошного электрода и контакту, помещенному в обрабатываемую воду.
Обработка воды электрическим разрядом реализуется следующими действиями. Кислородсодержащий газ подвергается предварительной очистке, подготовке по составу и охлаждению. Электрический разряд развивается в заполненном кислородсодержащим газом промежутке между секционированным электродом 4 и поверхностью воды. Обработка воды осуществляется путем воздействия совокупности основных факторов электрического разряда (ультрафиолетовое излучение, химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, образующиеся в электрическом разряде, электрическое поле, давление, температура, ультразвук, кавитация) в разрядном промежутке. Важную роль играют процессы фотодиссоциации кислорода и фотосинтеза озона в кислородсодержащем газе ультрафиолетовым излучением электрического разряда. Электрический разряд в кислородсодержащем газе в разрядном промежутке имеет форму барьерного разряда, характеризующегося высокой энергоэффективностью.
Реактор для обработки воды электрическим разрядом работает следующим образом.
Под действием внешнего напряжения источника питания 8, приложенного между дополнительным сплошным электродом 7 и обрабатываемой водой, которая выполняет роль второго электрода 6, в тонком газовом слое разрядного промежутка между секционированным электродом 4 и поверхностью воды, заполненным кислородсодержащим газом, возбуждается электрический барьерный разряд. Разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, привязанных к поверхностям металлических дисков секционированного электрода 4. В микроразрядах в разрядном промежутке в кислородсодержащем газе происходит диссоциация молекул кислорода. Образующиеся в результате диссоциации атомы кислорода взаимодействуют с молекулами кислорода, в результате чего образуются молекулы озона. Одновременно атомарный кислород сам является химически активным, и часть его участвует в окислительных реакциях самостоятельно, так как имеют место условия для оперативного воздействия кислородсодержащего газа на обрабатываемую воду и осуществления в ней окислительных реакций. Другим химически активным радикалом, который образуется в электрическом разряде в присутствии паров воды, является гидроксильный радикал. Гидроксильный радикал один из самых сильных известных окислителей. Так как электрический разряд возбуждается непосредственно в промежутке над поверхностью воды, и имеют место интенсивные массообменные процессы, возможен быстрый перевод всех химически активных веществ и радикалов, способных участвовать в реакциях с примесями, в обрабатываемую воду. Электрический барьерный разряд в кислородсодержащем газе является источником интенсивного ультрафиолетового излучения, в том числе и в вакуумной области. Вакуумное ультрафиолетовое излучение, генерируемое в барьерном разряде, существенно повышает эффективность синтеза химически активных веществ и радикалов, в том числе озона, способных участвовать в реакциях с примесями в обрабатываемой воде, а также эффективность воздействия на примеси и проведения окислительных химических реакций в обрабатываемой воде. Вакуумное ультрафиолетовое
излечение барьерного разряда обеспечивает интенсификацию, как электрического разряда в кислородсодержащем газе, гак и синтез химически активных веществ и радикалов, в том числе озона, а также проведения окислительных реакций в обрабатываемой воде. Электрический барьерный разряд заявляемой формы характеризуется высокой стабильностью и относительной равномерностью. Предварительная очистка и охлаждение кислородсодержащего газа повышают равномерность и стабильность электрического барьерного разряда в разрядном промежутке в кислородсодержащем газе и увеличивают выход химически активных веществ и радикалов, в том числе озона.
По сравнению с прототипом имеет место существенное снижение энергозатрат при обработке воды, что достигается снижением дополнительных непроизводительных потерь энергии, интенсификацией излучения и процессов синтеза химически активных веществ и радикалов, более полным использованием всех активных факторов электрического барьерного разряда (ультрафиолетовое излучение, химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, образующиеся в электрическом разряде, электрическое поле, давление, температура, ультразвук, кавитация) при обработке воды, стабильностью и равномерностью новой формы барьерного электрического разряда в заполненном кислородсодержащим газом промежутке между секционированным электродом и обрабатываемой водой, интенсифицированным вакуумным ультрафиолетовым излучением барьерного разряда. Энергозатраты при обработке воды (по сравнению с прототипом) могут быть снижены 3,5-4,0 раза.