MD186Y - Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei - Google Patents

Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei Download PDF

Info

Publication number
MD186Y
MD186Y MDS20090140A MDS20090140A MD186Y MD 186 Y MD186 Y MD 186Y MD S20090140 A MDS20090140 A MD S20090140A MD S20090140 A MDS20090140 A MD S20090140A MD 186 Y MD186 Y MD 186Y
Authority
MD
Moldova
Prior art keywords
housing
cylinder
reflectors
water
types
Prior art date
Application number
MDS20090140A
Other languages
English (en)
Inventor
Olga Covaliova
Mihail Enachi
Original Assignee
Universitatea De Stat Din Moldova
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitatea De Stat Din Moldova filed Critical Universitatea De Stat Din Moldova
Priority to MDS20090140A priority Critical patent/MD186Z/ro
Publication of MD186Y publication Critical patent/MD186Y/ro
Publication of MD186Z publication Critical patent/MD186Z/ro

Links

Landscapes

  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

Inventia se refera la reactoarele pentru epurarea apei, in special la un reactor fotocatalitic pentru epurarea apei de impuritati organice stabile si microorganisme. Reactorul, conform inventiei, include o carcasa (1) cilindrica cu capace (5, 6), dotata cu un racord (2) de debitare in partea inferioara si un racord (3) de evacuare in partea superioara a carcasei (1). In carcasa (1) este instalat coaxial un cilindru (7) de cuart in care este amplasata o lampa (9) cu radiatie ultravioleta, iar in spatiul dintre cilindru (7) si carcasa (1), in partea inferioara, este amplasata o incarcatura (10) din particule sferice magnetizate, deasupra careia sunt dispuse alternativ doua tipuri de reflectoare (4) conice perforate, si anume cu diametrul mic, fixate cu marginea superioara de cilindrul (7) de cuart, si cu diametrul mare, fixate cu marginea de jos de peretele carcasei (1), ambele tipuri sunt executate cu un unghi de 45…60° fata de axa carcasei si dispuse in asa mod ca sa fie exclusa suprapunerea zonelor de fotoiradiere. Reflectoarele (4) sunt executate din titan si acoperite cu un strat de dioxid de titan sub forma de nanotuburi (8). In exteriorul carcasei (1), la nivelul incarcaturii (10) magnetizate este amplasat un solenoid (11) unit la o sursa (12) de curent alternativ.

Description

Invenţia se referă la reactoarele pentru epurarea apei, în special la un reactor fotocatalitic pentru epurarea apei de impurităţi organice stabile şi microorganisme.
Este cunoscut un aparat pentru purificarea apei de impurităţi organice, care include o carcasă în mijlocul căreia, coaxial, într-o husă de cuarţ, este instalată o lampă ultravioletă, nişte ştuţuri de admisiune şi evacuare a apei, montate tangenţial pe partea laterală a carcasei tronconice, nişte reflectoare, o încărcătură feromagnetică şi un solenoid [1].
Dezavantajul acestui aparat constă în faptul că la utilizarea lui, procesele redox de degradare a impurităţilor organice stabile din apă decurg prea lent.
Cea mai apropiată soluţie este o instalaţie pentru epurarea electrofotocatalitică complexă a apei de compuşi organici stabili, care include o capacitate auxiliară pentru apa poluată, un corp cilindric din sticlă de cuarţ cu lămpi de radiaţie ultravioletă cu reflector, un racord pentru evacuarea apei epurate, un racord de admisiune a oxidantului cu ventil, conectat la fundul corpului. Coaxial cu corpul este instalată o membrană poroasă din ceramică, acoperită cu un strat fotocatalitic activ, conectată cu capacitatea auxiliară pentru apa poluată, având la intrare o conductă dotată cu un ventil, o pompă şi un debitmetru, iar la ieşire - o conductă dotată cu un ventil şi un manometru. La fundul corpului este amplasată o incărcătură sferică magnetizată, iar în partea superioară a corpului este amplasat un filtru cu incărcătură flotantă granulată, intre care sunt repartizate particule fin dispersate. De partea exterioară a corpului, in zona amplasării incărcăturii sferice magnetizate este instalat un solenoid cu reglator de curent [2].
Dezavantajul acestei instalaţii constă în faptul că aceasta nu este destul de eficientă în cazul purificării apelor cu un conţinut înalt de substanţe organice toxice stabile.
Problema pe care o rezolvă invenţia revendicată constă în mărirea randamentului şi a eficacităţii degradării fotocatalitice a impurităţilor organice stabile, cât şi în îmbunătăţirea calităţii apei purificate.
Reactorul, conform invenţiei, include o carcasă cilindrică cu capace, dotată cu un racord de debitare în partea inferioară şi un racord de evacuare în partea superioră a carcasei. În carcasă este instalat coaxial un cilindru de cuarţ în care este amplasată o lampă cu radiaţie ultravioletă, iar în spaţiul dintre cilindru şi carcasă, în partea inferioară este amplasată o încărcătură din particule sferice magnetizate, deasupra căreia sunt dispuse alternativ două tipuri de reflectoare conice perforate, şi anume cu diametrul mic, fixate cu marginea superioară de cilindrul de cuarţ şi cu diametrul mare, fixate cu marginea de jos de peretele carcasei, ambele tipuri sunt executate cu un unghi de 45…60° faţă de axa carcasei şi dispuse în aşa mod ca să fie exclusă suprapunerea zonelor de fotoiradiere. Reflectoarele sunt executate din titan şi acoperite cu un strat de dioxid de titan în formă de nanotuburi. În exteriorul carcasei, la nivelul încărcăturii magnetizate este amplasat un solenoid unit la o sursă de curent alternativ.
Rezultatul invenţiei constă în simplitatea constructivă şi de exploatare a reactorului revendicat. Procesul de prelucrare a apei în reactor decurge fără utilizarea reagenţilor chimici, cu un consum minim de energie şi poate fi realizat pe o durată lungă, fără schimbul componentelor structurale.
Instalaţia revendicată asigură posibilitatea decurgerii simultane a proceselor:
- eterogene de fotodisociere, ce au loc pe suprafaţa dioxidului de titan nanostructurat, cu o activitate fotocatalitică înaltă, care la iradiere cu lumină ultravioletă iniţiază formarea peroxizilor şi a radicalilor liberi, de exemplu, ·HO,·HO2,·O şi ·H. Acest lucru este posibil datorită faptului că pe suprafaţa nanotuburilor din dioxid de titan, cu o fotosensibilite specifică la acţiunea cuantelor de lumină, are loc cedarea electronilor liberi (e-) şi formarea unor goluri, care iniţiază formarea radicalilor liberi şi desfăşurarea reacţiilor de oxido-reducere înlănţuite ce conduc la ruperea legăturilor chimice în moleculele compuşilor organici şi la degradarea lor până la compuşi simpli, inofensivi, fapt ce asigură detoxicarea şi îmbunătăţirea calităţii apei prelucrate;
- omogene de fotoliză, datorită introducerii suplimentare în apa prelucrată a reagentului Fenton (Fe2+/H2O2), care asemeni dioxidului de titan, sub acţiunea luminii ultraviolete iniţiază formarea peroxizilor şi a radicalilor liberi ce accelerează descompunerea substanţelor organice stabile în tot volumul apei supuse prelucrării;
- de degradare, datorită formei conice a reflectoarelor perforate dispuse pe toată lungimea reactorului, care prin mărirea suprafeţei active accelerează procesele menţionate, asigură o utilizare mai bună a fluxului de lumină şi îmbunătăţesc condiţiile hidrodinamice de schimb şi de transfer a masei de apă prelucrată, mărind astfel randamentul, eficacitatea şi calitatea procesului de epurare a apelor de suprafaţă şi a apelor tehnice de poluanţi organici stabili;
- de degradare, ca urmare a influenţei câmpului electromagnetic variabil şi a celui permanent, ce contribuie la distrugerea fotocatalitică a poluanţilor, iar efectul de pseudomagnetolichefiere ce apare în acest caz, intensifică procesul de descompunere.
Instalaţia se explică prin figurile 1 şi 2, care reprezintă:
- fig. 1, reactorul revendicat în secţiune;
- fig. 2, reactorul revendicat, vedere generală.
Reactorul include o carcasă 1 cilindrică cu capace 5 şi 6, dotată cu un racord 2 de debitare în partea inferioară şi un racord 3 de evacuare în partea superioară a carcasei 1. În carcasă 1 este instalat coaxial un cilindru 7 de cuarţ în care este amplasată o lampă 9 cu radiaţie ultravioletă, iar în spaţiul dintre cilindru 7 şi carcasă 1, în partea inferioară, este amplasată o încărcătură 10 din particule sferice magnetizate, deasupra căreia sunt dispuse alternativ două tipuri de reflectoare 4 conice perforate, şi anume cu diametrul mic, fixate cu marginea superioară de cilindrul 7 de cuarţ, şi cu diametrul mare, fixate cu marginea de jos de peretele carcasei 1, ambele tipuri sunt executate cu un unghi de 45…60° faţă de axa carcasei şi dispuse în aşa mod ca să fie exclusă suprapunerea zonelor de fotoiradiere. Reflectoarele 4 sunt executate din titan şi acoperite cu un strat de dioxid de titan sub formă de nanotuburi 8. În exteriorul carcasei 1, la nivelul încărcăturii 10 magnetizate este amplasat un solenoid 11 unit la o sursă 12 de curent alternativ.
În calitate de lămpi cu radiaţie ultravioletă pot fi utilizate lămpile de presiune înaltă de tip СВД-120A, ce dispun de o putere de iluminare de 18,9 W/m2 pe o lungime a spectrului de 200…400 nm.
În calitate de material pentru reflectoare poate fi utilizată folia de titan cu o puritate de 99,0…99,5% şi o grosime de 0,2…1,0 mm, pe suprafaţa exterioară a căreia se depune un strat de dioxid de titan nanotubular, prin prelucrare anodică electrochimică a titanului în electrolit ce conţine acid fluorhidric şi etilenglicol sau glicerină. O astfel de prelucrare permite obţinerea unor structuri nanotubulare de TiO2 cu o adeziune înaltă faţă de suprafaţa de titan, o plasare compactă a tuburilor, mărimea diametrelor inferioare fiind de 100…200 nm, a celor exterioare de 130…150 nm, iar înălţimea lor, în dependenţă de timpul de prelucrare electrochimică, poate fi de 20…250 µm. Stratul format are în starea iniţială o structură apropiată de cea amorfă, dar odată cu efectuarea unui tratament termic la o temperatură de 400…450°C au loc transformări de fază şi structură în strat, însoţite de formarea unei structuri cristaline de tip anataz, care se evidenţiază printr-o activitate fotocatalitică înaltă. În interiorul nanotuburilor sunt prezente de asemenea şi structuri filiforme de tipul unor site moleculare, ce contribuie la creşterea suprafeţei active specifice, care depăşeşte de câteva ori suprafaţa plată externă a suportului de titan.
În calitate de încărcătură 10 din particule sferice magnetizate pot fi utilizate particulele de hexaferit de bariu magnetizat până la saturaţie, cu depunerea pe suprafaţa acestora a unui strat protector de cauciuc.
Reactorul funcţionează în felul următor.
Iniţial se conectează o lampă 9 cu radiaţie ultravioletă, apoi are loc pomparea apei impurificate în carcasa 1 cilindrică prin racordul 2 de debitare, de jos în sus, prin reflectoarele 4 conice perforate cu diametrul mic şi cu diametrul mare, asigurându-se un flux continuu şi un schimb constant al volumului de apă purificat. Apoi se conectează solenoidul 11 unit la o sursă 12 de curent alternativ, ce face ca particulele sferice magnetizate de hexaferit de bariu ce formează încărcătura 10 să se agite, amplificând astfel procesele de schimb de substanţă în fluxul de apă supusă tratării.
Structura nanotubulară a dioxidului de titan, datorită caracterului specific al nanoporilor asigură o suprafaţă şi un efect fotocatalitic sporit în condiţiile de iluminare cu radiaţie ultravioletă şi contribuie la formarea radicalilor liberi, care, la rândul său, asigură degradarea moleculelor organice în apă şi transformarea lor în substanţe simple inofensive.
Activizarea fotocatalitică a suprafeţei acoperite cu dioxid de titan nanotubular este legată de structura nivelelor electronice ale compusului dat. La iluminarea dioxidului de titan cu lumină ultravioletă, electronii de valenţă (e-) se excită trecând la un nivel energetic superior, cu formarea de goluri (h+), conform ecuaţiei:
TiO2 + hν→ TiO2 (e- + h+).
Ambele particule iniţiază procese de oxidoreducere cu formarea peroxizilor şi a radicalilor liberi, cea ce contribuie la distrugerea compuşilor organici conţinuţi în apa tratată. De remarcat că cristalele de dioxid de titan cu o structură cristalină de tip anataz dispun de o activitate fotocatalitică mai intensă în comparaţie cu alte structuri, cum ar fi, rutil sau brookit. La iluminare şi în prezenţa oxigenului dizolvat, apa se oxidează cu formarea de ·OH şi H+, ceea ce contribuie la generarea anionilor superoxid-radicali (·O2 -) care, la rândul său, reacţionează cu H+, generând radicalul dioxid hidrogen (·HO2). În urma ciocnirii particulelor menţionate cu electronii, se obţin radicalii hidrogen-dioxid ·HO2 - şi are loc formarea moleculei de H2O2.
Astfel, radicalii ·OH şi ·OH2 dispun de o energie negativă liberă sporită (263 kJ/mol) şi, în consecinţă, manifestă o activitate mai mare în reacţiile de oxidoreducere, oxidând moleculele compuşilor organici conform reacţiei:
RH + ·OH→·R + H2O
Radicalul ·O2 -, în dependenţă de condiţii, este de asemenea un oxidant, dar şi un reducător puternic, şi poate uşor descompune compuşii organici. În rezultatul tratamentului fotocatalitic complex al apei ce conţine compuşi organici stabili, aceştia sunt descompuşi până la dioxid de carbon şi apă, conform ecuaţiei:
·OH + O2 + CnOmH(2n-2m+2)→nCO2 + (n-m+1)H2O
În cazul introducerii preliminare în apa tratată a unor cantităţi catalitice de compuşi ai Fe2+ şi Fe3+, concomitent cu procesele de oxidoreducere eterogene decurg şi procesele de oxidoreducere omogene care amplifică descompunerea compuşilor organici stabili. Procesul omogen de descompunere decurge sub acţiunea ionilor de Fe2+ şi Fe3+ în prezenţa peroxidului de hidrogen cu formarea radicalilor liberi ·OH-, ·OH2 şi ·O2 -, conform ecuaţiilor:
Fe2+ + H2O2→ Fe3+ + OH- + ·OH
·OH + H2O2→HO2 ·+ H2O
HO2 ·+ ·OH→·O2 - + H2O
Formarea radicalilor liberi, care sunt cei mai puternici oxidanţi, decurge de asemenea ca rezultat al radiolizei moleculei de apă sub acţiunea iradierii ultraviolete puternice, pe o lungime a spectrului de 180…300 nm, conform ecuaţiei:
H2O + γ-fascicul→ ·OH + eaq
În acest caz, electronul hidratat (eaq) interacţionează cu peroxidul de hidrogen, formând de asemenea radicali activi, conform ecuaţiei:
eaq + H2O2→ OH- + ·OH
Prezenţa carcasei 7 cilindrice de cuarţ asigură nu doar protecţia lămpilor electrice de umiditate, dar face posibilă de asemenea montarea şi demontarea rapidă a acestora în caz de necesitate. În afară de aceasta, spre deosebire de alte tipuri de sticlă, selectarea materialului pentru o astfel de carcasă e determinată de o transmisie bună a luminii de către cuarţ. Apa prelucrată este evacuată prin racordul 3, asigurându-se astfel un proces neîntrerupt de tratare.
Aşadar, reactorul fotocatalitic revendicat prezintă o construcţie simplă din punct de vedere a executării şi exploatării, iar procesul de tratare a apei în el se deosebeşte prin simplitate şi consum relativ mic de curent electric. Reactorul nu necesită reagenţi chimici şi poate fi exploatat un timp îndelungat. Concomitent cu degradarea compuşilor organici stabili, în timpul tratării în reactor are loc şi decontaminarea rapidă a apei de bacterii. Intensificarea proceselor de degradare poate fi efectuată prin introducerea catalizatorilor fotoactivi, de exemplu, a compuşilor fierului sau ai altor metale de tranziţie.
1. MD 1540 G2 2000.09.30
2. MD 3726 G2 2008.10.31

Claims (1)

  1. Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei, care conţine o carcasă cilindrică cu capace, dotată în partea inferioară cu un racord de debitare şi în partea superioră cu un racord de evacuare, totodată în carcasă este instalat coaxial un cilindru de cuarţ în care este amplasată o lampă cu radiaţie ultravioletă, iar în spaţiul dintre cilindru şi carcasă, în partea inferioară este amplasată o încărcătură din particule sferice magnetizate, deasupra căreia sunt dispuse alternativ două tipuri de reflectoare conice perforate, şi anume cu diametrul mic, fixate cu marginea superioară de cilindrul de cuarţ şi cu diametrul mare, fixate cu marginea de jos de peretele carcasei, ambele tipuri fiind executate cu un unghi de 45…60° faţă de axa carcasei şi dispuse cu excluderea suprapunerii zonelor de fotoiradiere, reflectoarele sunt executate din titan şi acoperite cu un strat de dioxid de titan sub formă de nanotuburi, iar în exteriorul carcasei, la nivelul încărcăturii este amplasat un solenoid unit la o sursă de curent alternativ.
MDS20090140A 2009-07-27 2009-07-27 Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei MD186Z (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MDS20090140A MD186Z (ro) 2009-07-27 2009-07-27 Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MDS20090140A MD186Z (ro) 2009-07-27 2009-07-27 Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei

Publications (2)

Publication Number Publication Date
MD186Y true MD186Y (ro) 2010-04-30
MD186Z MD186Z (ro) 2010-11-30

Family

ID=43569603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MDS20090140A MD186Z (ro) 2009-07-27 2009-07-27 Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei

Country Status (1)

Country Link
MD (1) MD186Z (ro)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685300C1 (ru) * 2018-01-09 2019-04-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" Фотокаталитический реактор

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040474C1 (ru) * 1992-12-30 1995-07-25 Совместное предприятие "Санкт-Петербург - чистая вода" Способ очистки и обеззараживания воды
MD841G2 (ro) * 1996-02-28 1998-06-30 Государственный Университет Молд0 Procedeu şi instalaţie de epurare a apelor reziduale impurificate cu substanţe organice greu biodegradabile
MD920G2 (ro) * 1996-11-04 1998-10-31 Государственный Университет Молд0 Procedeu de epurare electrochimică a apelor uzate impurificate cu substanţe organice
MD954G2 (ro) * 1997-06-19 1998-12-31 Alexandr Muzlov Instalaţie de purificare a apelor reziduale cu conţinut de petrol
MD1023G2 (ro) * 1997-07-02 1999-10-31 Государственный Университет Молд0 Procedeu de purificare a apelor naturale de hidrogen sulfurat şi instalaţie pentru realizarea lui
SE515317C2 (sv) * 1999-10-14 2001-07-16 Josab Internat Ab Anordning och förfarande för att rena vatten från mikroorganismer
MD1540G2 (ro) * 1999-11-23 2001-03-31 Государственный Университет Молд0 Aparat pentru purificarea apei de impurităţi organice
MD2425G2 (ro) * 2003-01-15 2004-10-31 Государственный Университет Молд0 Instalaţie pentru epurarea apei de impurităţi organice
RU2287365C2 (ru) * 2004-11-10 2006-11-20 Институт Физической Химии Им. Л.В. Писаржевского Национальной Академии Наук Украины Катализатор фотохимических реакций на основе диоксида титана и способ его получения
MD3149G2 (ro) * 2005-09-15 2007-04-30 Государственный Университет Молд0 Instalaţie pentru epurarea fotocatalitică a apei de substanţe organice
MD3728G2 (ro) * 2007-02-26 2009-05-31 Государственный Университет Молд0 Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei de substanţe poluante
MD3707G2 (ro) * 2007-02-26 2009-04-30 Государственный Университет Молд0 Instalaţie de reglare automată a procesului de dedurizare electromagnetică a apei
MD3726G2 (ro) * 2007-06-13 2009-05-31 Государственный Университет Молд0 Instalaţie pentru epurarea electrofotocatalitică complexă a apei de compuşi organici stabili
MD3911G2 (ro) * 2008-06-11 2009-12-31 Государственный Университет Молд0 Reactor foto-biocatalitic combinat pentru epurarea distructivă a apelor uzate de compuşi organici greu degradabili
  • 2009

Also Published As

Publication number Publication date
MD186Z (ro) 2010-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AlMohamadi et al. Photocatalytic activity of metal-and non-metal-anchored ZnO and TiO2 nanocatalysts for advanced photocatalysis: comparative study
Laoufi et al. The degradation of phenol in water solution by TiO2 photocatalysis in a helical reactor
CN101786756B (zh) 一种处理生化难降解有机废水的工艺方法
Song et al. Impacts of morphology and crystallite phases of titanium oxide on the catalytic ozonation of phenol
CN101492199B (zh) 铂掺杂二氧化钛光电催化氧化去除砷的方法
CN104609500B (zh) 一种臭氧光催化反应器及水处理方法
CN101786757A (zh) 介质阻挡放电等离子体、吸附、光催化协同作用废水处理装置
CN101492200A (zh) 臭氧光电催化氧化有机废水的方法
CN206720796U (zh) 一种用于水处理的光电催化氧化卷式膜反应器装置
Alikarami et al. An innovative combination of electrochemical and photocatalytic processes for decontamination of bisphenol A endocrine disruptor form aquatic phase: Insight into mechanism, enhancers and bio-toxicity assay
CN101327968A (zh) 转盘负载催化剂光电催化降解有机物反应器及降解方法
CN101385964A (zh) 一种管状光催化反应器
Sennaoui et al. Advanced oxidation of reactive yellow 17 dye: a comparison between Fenton, photo-Fenton, electro-Fenton, anodic oxidation and heterogeneous photocatalysis processes
CN109179814A (zh) 一种组合高级氧化处理污水的方法
CN201043148Y (zh) 光催化与电催化协同处理有机废水的装置
CN105481051A (zh) 一体式光电催化-膜分离流化床反应装置
KR100454260B1 (ko) 오폐수 고도처리장치 및 방법
MD186Y (ro) Reactor fotocatalitic pentru epurarea apei
CN104803444A (zh) 一种高级氧化治污技术及设备
CN102616915B (zh) 一种水体综合处理装置和方法
CN201686584U (zh) 一种水处理用套管式光催化降解装置
CN112499854B (zh) 一种一体化饮用水处理系统
KR100326897B1 (ko) 이산화티탄이 결합된 티타노실리칼라이트 광촉매 및 그 제조방법
Manoli et al. A review on ferrate (VI) and photocatalysis as oxidation processes for the removal of organic pollutants in water and wastewater
CN111517512B (zh) 一种多相催化反应器

Legal Events

Date Code Title Description
KA4Y Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration)