СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД

СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД


RU (11) 2092448 (13) C1

(51) 6 C02F1/50, C02F1/32 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96103767/25 
(22) Дата подачи заявки: 1996.03.01 
(45) Опубликовано: 1997.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент РФ N 2019529, кл. C 02 F 9/00, 1/32, 1994. Авторское свидетельство СССР N 1286528, кл. C 02 F 1/36, 1987. Заявка ФРГ N 3739979, кл. C 02 F 1/32, 1987. 
(71) Заявитель(и): Ульянов Андрей Николаевич 
(72) Автор(ы): Ульянов А.Н.; Локтев О.А.; Теленков И.И.; Земсков Е.М.; Казанский В.М.; Прокофьев В.С. 
(73) Патентообладатель(и): Ульянов Андрей Николаевич 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДНЫХ СРЕД 

Использование: очистка и обеззараживание промышленных, бытовых, сточных вод, а также поверхностных водоисточников до норм международных стандартов. Сущность изобретения: для осуществления способа водные среды обрабатывают в ультразвуковой камере при частоте более 25 кГц и плотности мощности ультразвуковых колебаний 0,05-2 Вт/см2. После ультразвуковой обработки воду направляют на ультрафиолетовое обеззараживание и фильтрование. Для ультрафиолетового обеззараживания используют импульсный источник излучения сплошного спектра в области 190-300 нм при длительности импульса 10-6-210-4 с и плотности импульсной мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды не менее 20 кВт/м2, или разрядный источник излучения непрерывного действия в области 190-300 нм с плотностью мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды не менее 50 Вт/м2. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к обработке сточных вод, содержащих органические и неорганические соединения в количествах, превышающих ПДК, и может быть использовано для очистки и обеззараживания природных поверхностных водоисточников, промышленных и бытовых сточных вод до питьевых норм.

Известен способ очистки сточных вод путем химической обработки реагентом с последующим ультрафиолетовым (УФ) облучением. Для УФ- облучения используют импульсный источник излучения сплошного спектра в области 200-300 нм с длительностью импульса 10-6 510-4 при плотности мощности излучения не менее 100 кВт/м2 сточных вод (пат. РФ N 2019529, C 02 F 9/00, 1/32, 1994 г.) Способ позволяет эффективно очищать стоки от токсичных соединений и патогенной микрофлоры, однако имеет следующие недостатки: многостадийность; наличие химического реагента, дополнительно загрязняющего воду; необходимость использования биосооружений для утилизации образующегося осадка; высокий уровень мощности импульсного источника излучения, приводящий к низкой долговечности излучателя и частой замене газоразрядных трубок; интенсивная соляризация кварцевой колбы источника излучения из-за недостаточной самоочистки.

Известны также способы, предусматривающие для очистки воды ультразвуковую (УЗ) обработку. В частности, известен способ осветления суспензий с помощью наложения на нее УЗ-вибраций низкой частоты (а. с. N 1286528, C 02 F 1/36, 1987 г.) УЗ используют также для уплотнения осадков сточных вод (пат. ГДР N 248572), для извлечения металлов (пат. США N 4755270) и т. п.

Известны способы, сочетающие химическую обработку (например, коагулянтом) с УЗ- воздействием (Е.Д. Бабенков. "Очистка воды коагулянтами". М. Наука, 1977 г. с. 279-280). К их недостаткам можно отнести низкую скорость осветления водных сред, дополнительное загрязнение воды химическим реагентом и пр.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки сточных вод, предусматривающий предварительное воздействие УЗ с последующим УФ-облучением ртутной лампой (заявка ФРГ N 3739979, C 02 F 1/32, 9/00, 1987 г.) В данном способе УЗ-обработка используется для устранения вредного влияния взвешенных частиц на УФ-дезинфекцию путем разрушения макромолекул и агломератов. Недостатком очистки водных сред по такой схеме является то, что при значительных концентрациях взвешенных частиц, агломератов, макромолекул в водной среде требуются очень высокие уровни мощности УФ-излучения, что связано с экранированием и сильным поглощением создаваемого излучения. Это обстоятельство делает известный способ экономически невыгодным и в большинстве случаев не обеспечивает необходимую степень очистки и обеззараживания сточных вод.

Целью изобретения является обеспечение высокой степени очистки водных сред от органических, неорганических, токсических загрязнений, патогенной микрофлоры до показателей, соответствующих нормам международных стандартов; снижение энергетических затрат на обеззараживание; универсальность по отношению к различным типам загрязнений.

Для достижения указанной цели водные среды, содержащие различные виды загрязнений, в т. ч. патогенную микрофлору, подвергают воздействию УЗ с частотой УЗ-колебаний более 25 кГц и их мощностью 0,05-2 Вт/см2, после чего проводят УФ- облучение. Для УФ-облучения могут быть использованы импульсный источник излучения сплошного спектра в области длин волн 190-300 нм при длительности импульса 10-6- 210-4 с и плотности импульсной мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды не менее 20 кВт/м2, а также разрядный источник излучения непрерывного действия в области 190-300 нм с плотностью мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды не менее 50 Вт/м2. Безвредные продукты после фотохимической обработки могут быть дополнительно отфильтрованы угольным или любым другим фильтром.

В предложенном способе используется принципиально новый подход к стадии УФ- обеззараживания водных сред. В отличие от известных способов, использующих УЗ-воздействие для целей разрушения макромолекул или агломератов, в заявленном способе подобраны режимные параметры УЗ-обработки, обеспечивающие формирование в водной среде парогазовых пузырьков. Последующее воздействие УФ-излучения на такие пузырьки приводит к образованию при значительно меньших энергетических затратах мощных окислителей (свободных радикалов, пироксидных радикалов), что в свою очередь способствует более интенсивному протеканию фотохимических реакций во всем объеме обрабатываемой среды. В результате таких реакций происходит окисление загрязнений до таких соединений, как вода, углекислый газ и т. п. или до химически нейтральных нерастворимых фрагментов, легко улавливаемых при необходимости простейшими фильтрами.

Более подробно механизм взаимодействия пузырьков с загрязнениями можно представить в следующем виде.

При воздействии УЗ-колебаний кавитационные пузырьки (каверны) возникают в первую очередь на неоднородностях, являющихся переносчиками патогенной микрофлоры, токсинов и недоступных зачастую для УФ-излучения. Образующиеся в полости пузырьков под действием этого излучения мощные окислители при попадании на границу пузырька соприкасаются с поверхностью элемента неоднородности и происходят интенсивные окислительные реакции, приводящие к инактивации токсинов и микрофлоры. Аналогично происходит инактивация в объеме обрабатываемой жидкости. Поскольку суммарная поверхность кавитационных пузырьков велика, то и эффективность обеззараживания водной среды значительно увеличивается. Следует учесть и то, что парогазовые пузырьки существуют в течение продолжительного времени, и процесс окисления при посредстве образовавшихся в них активных свободных радикалов продолжается и после воздействия на водную среду УФ-излучения.

Следует заметить, что для формирования кавитационных парогазовых пузырьков нужной плотности необходимы особые режимные параметры работы УЗ-камеры.

Установлено, что на частоте 25 кГц наблюдаются резонансные явления парогазовых пузырьков, образующихся при кавитации (это подтверждается в опытах со звуколюминесценцией). Для поддержания оптимальных пространственно-временных характеристик пузырьков необходимо инициировать механические колебания с частотами, кратными резонансной.

Плотность мощности УЗ-колебаний выбрана из следующих соображений. Известно, что для большинства процессов пороговая интенсивность УЗ составляет 0,01-0,1 Вт/см2. Однако при плотности мощности менее 0,05 Вт/см2 не происходит образования парогазовых пузырьков требуемой прочности и в достаточном количестве. Значения более 2 Вт/см2 губительно действуют на живые организмы и обслуживающий персонал, а инактивация эффективно обеспечивается и при меньших значениях интенсивности УЗ из заявленного интервала.

Для УЗ воздействия с таким параметрами частоты и мощности может быть использован УЗ- возбудитель любой из известных конструкций (например, гидродинамический, пьезоэлектрический или магнитострикционный небольшой мощности с одно- или двухкаскадным концентратором УЗ-излучения). При этом один из каскадов может быть создан из самой очищенной жидкости за счет соответствующей конструкции трубопровода (конической, экспоненциальной, ампульной-катеноидальной), по которому она протекает и подвергается воздействию УЗ-излучения.

Обработанная в УЗ-камере водная среда, представляющая собой газожидкостную систему (за счет большого количества газовых пузырьков, распределенных во всем объеме водной среды), поступает на стадию УФ-обеззараживания. Для осуществления этой стадии могут быть использованы как импульсные, так и разрядные источники излучения сплошного спектра в области длин волн 190-300 нм. При использовании импульсного источника излучения поддерживают плотность мощности излучения в каждом сечении объема обрабатываемой среды не менее 20 кВт/см2 при длительности импульсов 10-6-210-4 с. При использовании разрядного источника плотность мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды составляет не менее 500 Вт/м2. Эти параметры обеспечивают максимальный эффект очистки.

В качестве импульсного источника УФ- излучения используют мощную импульсную газоразрядную лампу с источником питания, формирующим импульсы разрядного тока и снабженным системой инициирования разряда.

В качестве разрядного источника УФ-излучения используют металлогалогенные и др. источники света, имеющие необходимый высокий уровень излучения в УФ-области 190-300 нм и размещенные в защитной кварцевой оболочке.

Выбранные параметры работы источников УФ- излучения позволяют:

-эффективно проводить инактивацию практически любых органических и неорганических соединений, а также патогенной микрофлоры в водных средах до показателей, соответствующих нормам международных и отечественных стандартов при существенном снижении (до 10 раз) энергетических затрат на обеззараживание при прочих равных условиях;

увеличить скорость окислительных реакций в обрабатываемом объеме;

устранить соляризацию и биообрастание кварцевых колб импульсных и кварцевых защитных чехлов непрерывных источников УФ-излучения;

создать пролонгирующее (до 10 мин) действие окислителей в кавитационных парогазовых пузырьковых кавернах по окончании УФ-облучения.

Пример 1. Сточную воду, содержащую загрязнения в количествах, указанных в табл. 1, подают в камеру УЗ-обработки. УЗ-колебания с частотой 25 кГц инициируют посредством возбудителя УЗ, на который подаются через усилитель электрические колебания с задающего генератора (в случае пьезоэлектрического или магнитострикционного возбудителя). При использовании гидродинамического возбудителя УЗ-колебаний возбуждение резонатора-излучателя производится за счет натекания струи очищаемой жидкости на преграду. Плотность мощности УЗ-колебаний в активной зоне составляет 0,05 Вт/см2 и более, что достигается при весьма малых мощностях потребления электроэнергии от первичных источников (5-20 Вт при КПД около 10). Повышение интенсивности УЗ в активной зоне происходит за счет 2-х каскадных резонансных экспоненциальных фокусирующих корпусов и увеличения энергии подводимого к излучателю переменного электрического сигнала. После обработки порции воды в УЗ-камере (кавитаторе) в течение 1-2 с она обогащается кавитационными парогазовыми пузырьками диаметром 0,1-0,5 мм, длительность жизни которых при нормальных условиях достигает 10-15 мин. Такая обогащенная вода после УЗ-обработки поступает в камеру УФ-облучения. В камере вдоль ее продольной оси расположены один или несколько импульсных источников излучения сплошного спектра в области 190-300 нм, выполненные в виде трубки, прозрачной для УФ-излучения и заполненной смесью инертных газов или иным пригодным для этих целей веществом. Камера представляет собой корпус из нержавеющей стали цилиндрической формы, снабженный входным и выходным патрубками для подачи и отвода обрабатываемой водной среды. Источник излучения работает в импульсно-периодическом режиме с частотой, варьируемой от 1 до 10 Гц. Длительность импульса регулируется посредством изменения величины секционированной рабочей емкости источника питания и составляет 10-6 с. Плотность импульсной мощности излучения в любом сечении объема среды составляет не менее 20 кВт/м2. За время нахождения в УФ-камере (f 3кГц) каждый объем среды облучается тремя импульсами. После УФ-обработки воду дополнительно фильтруют через слой АУ. Результаты очистки приведены в табл. 1.

Пример 2. Воду обрабатывают в условиях примера 1 при частоте УЗ-колебаний 50 кГц и плотности мощности 2 Вт/см2 с, после чего подвергают УФ-облучению импульсным источником при длительности импульса 210-4 с и минимальной плотности мощности 100 кВт/м2 при частоте посылок импульсов 1 Гц. Результаты очистки приведены в табл. 1.

Пример 3. Воду обрабатывают в УЗ-камере при режимных параметрах примера 1 (частота 25 кГц, плотность мощности 0,05 Вт/см2), после чего подают в камеру УФ-дезинфекции с расположенным в ней разрядным источником излучения, выполненным в виде прозрачной для УФ-излучения кварцевой трубки, заполненной смесью газов или паров. Вокруг газоразрядной трубки расположена защитная кварцевая прозрачная для УФ-излучения оболочка, вдоль которой движется облучаемая водная среда. Эта конструкция расположена вдоль продольной оси цилиндрического фотореактора, снабженного входным и выходным патрубками для подачи и отвода обрабатываемой водной среды. Плотность излучения в каждом сечении объема обрабатываемой среды не менее 50 Вт/м2. Время УЗ-обработки составляет 1-2 с, время УФ-облучения 3 с. Результаты очистки приведены в табл. 2.

Пример 4. Воду обрабатывают в условиях примера 2 (50 кГц, 2 Вт/см2) и подвергают УФ-облучению разрядным источником излучения, используемым в примере 3, при плотности мощности излучения в каждом сечении объема среды не менее 100 Вт/м2. Результаты очистки приведены в табл. 2.

Как видно из представленных в табл. 1, 2 данных, заявленный способ позволяет достичь следующих результатов:

при существенном уменьшении энергозатрат в сравнимых условиях достичь высокой степени очистки водной среды от коллоидов и взвешенной органики;

снизить содержание в обрабатываемой водной среде растворенных органических веществ до экологически безопасных норм;

провести обеззараживание среды от патогенной микрофлоры до норм ГОСТа на питьевую воду;

обеспечить выходные параметры по цветности и запаху, удовлетворяющие существующим нормам. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ очистки и обеззараживания водных сред, включающий предварительную ультразвуковую обработку с последующим ультрафиолетовым облучением, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку проводят при частоте ультразвуковых колебаний более 25 кГц и плотности их мощности 0,05 - 2,0 Вт/см2, а для ультрафиолетового облучения используют импульсный источник излучения сплошного спектра в области 190 300 нм при длительности импульса 10-6 210-4c и плотности импульсной мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды не менее 20 кВт/м2 или разрядный источник излучения непрерывного действия в области 190 300 нм с плотностью мощности излучения в любом сечении объема обрабатываемой среды не менее 50 Вт/м2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после ультрафиолетового облучения водные среды подвергают фильтрованию.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru