RU156243U1

RU156243U1 - Устройство для очистки загрязненной воды

Info

Publication number: RU156243U1
Application number: RU2015109420/05U
Authority: RU
Inventors: Павел Владимирович Богданов; Дмитрий Александрович Шутов; Александр Николаевич Иванов
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2015-11-10

Abstract

Устройство для очистки загрязненной воды, содержащее корпус с диэлектрическими стенками, в котором напротив друг друга размещены анодный и катодный плазмоформирующие элементы, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса закрыта крышкой с выполненным в ней штуцером, в нижней части корпуса установлено сопло, плазмоформирующие элементы выполнены в виде стержней из токопроводящего материала, изолированы друг от друга диэлектрической распоркой, нижние их концы приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, расположены в нижней части камеры над соплом, а сопло установлено над поверхностью обрабатываемой воды на расстоянии 3-7 мм от нее, к штуцеру подсоединен источник бесперебойной подачи сжатого воздуха высокого давления, а плазмоформирующие элементы подключены к генератору импульсных напряжений.

Description

Полезная модель относится к охране окружающей среды, в частности к устройствам для очистки природных и сточных вод от токсичных органических примесей, и может быть использовано для снижения концентрации органических соединений в загрязненной воде.

Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее цилиндрический корпус, внешняя сторона которого снабжена рубашкой и набором магнитов, а внутренняя - блоком кольцевых электродов и набором дисковых противоэлектродов, установленных в одной плоскости. Каждая пара электрод-противоэлектрод разделены предохранительным экраном. В верхней части корпуса установлен элемент с S-образным зазором, выполненный из неподвижного основания и подвижной шайбы электродов, один из которых размещен в жидкости с толщиной слоя 0.4-1.6 мм, а другой в газовой фазе [Пат. №2043969 Российской Федерации, МПК 6 C02F 1/46, Способ очистки сточных вод и устройство для его осуществления / Пархоменко В.Д. [UA], Пивоваров A.A. [UA], Кравченко A.B. [UA], Куксенко A.H. [UA], Терехов Борис Иванович [UA], Барский В.Д. [UA]; заявитель и патентообладатель Украинский государственный химико-технологический университет (UA); Производственное объединение "Днепровский машиностоительный завод (UA). - №4783175/26, заявл. 16.01.1990; опубл. 20.09.1995. - 4 с: 2 илл.].

Недостатками известного устройства являются: необходимость применения технических средств для создания вакуума; сложность устройства и обслуживания основного и вспомогательного оборудования для очистки сточных вод; высокие удельные энергозатраты; низкая эффективность процесса при толщине слоя менее 0.3 мм или более 1.6 мм, а также физическая ненадежность образующейся пленки.

Известно устройство для очистки сточных вод, содержащее корпус из диэлектрического материала, две электродные камеры, одну рабочую камеру, два электрода: анод и катод, две мембраны, выполненные из целлофана, входные и выходные патрубки для подвода и отвода сточных вод, входные и выходные патрубки для подвода и отвода электролита, барботер, фильтрующий материал, два источника кавитационного поля [Патент N 2243941 РФ, МПК C02F 1/46, C02F 1/34, C02F 1/46, C02F 101:30, C02F 103:04. Устройство для очистки сточных вод / Касперович В.Л. (RU), Быков А.В. (RU). - Заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU). - №2003101950/15; заявл. 24.01.2003, опубл. 10.01.2005, Бюл. №1. - 5 с.: илл.].

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность процесса окисления органических примесей из-за:- низкой развитости поверхности раздела фаз, обуславливающей большие размеры реактора и высокие удельные энергозатраты; - высокой температуры в зоне импульсного разряда, увеличивающей степень уноса очищаемой жидкости в атмосферу; - необходимости использования дорогостоящего оборудования для создания разряда.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, т.е. прототипом, является ячейка для плазмохимической очистки загрязненной жидкости, [Патент N 134921 РФ, МПК C02F 1/46. Ячейка для плазмохимической очистки загрязненной жидкости / Панов В.А. (RU), Куликов Ю.М. (RU), Сон Э.Е. (RU). - Заявитель и патентообладатель Панов В.А. (RU), Куликов Ю.М. (RU), Сон Э.Е. (RU) (RU). - №2013117072/05; заявл. 16.04.2013, опубл. 27.11.2013, Бюл. №33. - 2 с.: 2 илл.], содержащая корпус с входным и выходным фланцами, в котором размещены анодный и катодный плазмоформирующие элементы, отличающаяся тем, что указанные элементы размещены напротив друг друга на диэлектрических стенках корпуса в его средней части, при этом катодный элемент выполнен в виде набора игл, рядами закрепленных в одной диэлектрической стенке корпуса, а анодный элемент в виде набора пластин со скругленными углами, каждая из которых закреплена в другой диэлектрической стенке напротив двух соответствующих рядов игл катодного элемента.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности процесса очистки.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для очистки загрязненной воды, содержащем корпус с диэлектрическими стенками, в котором напротив друг друга размещены анодный и катодный плазмоформирующие элементы, согласно полезной модели, верхняя часть корпуса закрыта крышкой с выполненным в ней штуцером, в нижней части корпуса установлено сопло, плазмоформирующие элементы выполнены в виде стержней из токопроводящего материала, изолированы друг от друга диэлектрической распоркой, нижние их концы приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, расположены в нижней части камеры над соплом, а сопло установлено над поверхностью обрабатываемой воды на расстоянии 3÷7 мм от нее; к штуцеру подсоединен источник бесперебойной подачи сжатого воздуха высокого давления, а плазмоформирующие элементы подключены к генератору импульсных напряжений.

Технический результат данной полезной модели достигается за счет того, что в ходе горения образованной в зоне сопла холодной плазменной струи образуется ряд активных частиц, воздействующих на раствор. Например, в нем образуются радикалы ^·ОН, ^·H, ^·O, ^·HO₂, и др., за счет которых снижается кислотность и увеличивается концентрация пероксида, а это приводит к деструкции загрязнителя и вода очищается от загрязнений, т.е. достигается повышение эффективности очистки воды от загрязнений. В прототипе очищаемая вода проходит через непосредственный контакт с анодным и катодным плазмоформирующими элементами, при этом происходит реакция между ними и образуется дополнительное количество тяжелых металлов и других элементов, дополнительно загрязняющих очищаемую воду. В заявляемой же полезной модели данного непосредственного контакта не происходит, поэтому не происходит дополнительного загрязнения очищаемой воды в процессе обработки. В итоге эффективность очистки загрязняемой воды повышается.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена общая схема устройства, на фиг. 2 - устройство в разрезе, на фиг. 3 - изображен график образования радикалов и снижения кислотности очищаемой загрязненной воды.

Устройство для очистки загрязненной воды содержит цилиндрический корпус 1 из диэлектрика, в котором расположены анодный и катодный плазмоформирующие элементы 2 и 3, выполненные в виде стержней из токопроводящего материала, изолированные друг от друга диэлектрической распоркой 4 и оба соединенные с генератором импульсного напряжения 5. Верх камеры закрыт крышкой 6 с выполненным в ней штуцером 7, в нижней части камеры установлено сопло 8. Нижние концы плазмоформирующих элементов 2 и 3 приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, установлены в нижней части корпуса 1 над соплом 8, а сопло 8 установлено над поверхностью обрабатываемой воды на расстоянии 3-7 мм от нее. К штуцеру 7 подсоединен источник бесперебойной подачи сжатого воздуха высокого давления 9.

Устройство работает следующим образом: К анодному и катодному плазмоформирующим элементам 2 и 3 в виде стержней из токопроводящего материала, нижние концы которых приближены друг к другу на расстояние, достаточное для образования разряда, расположенным в нижней части корпуса 1 над соплом 8, подключается высоковольтный источник импульсного питания 5 с выходным напряжением до 10 кВ, частотой 20 кГц и мощностью 500 Вт, характеристик которого достаточно для пробоя воздушного промежутка и поддержания стабильного горения импульсного разряда между электродами 2 и 3. Одновременно к штуцеру 7, выполненному в крышке 6 верхней части камеры, подключается источник бесперебойной подачи сжатого воздуха 9 с давлением до 10 атмосфер. В процессе работы в корпусе 1 образуется низкотемпературная плазма, которая с высоким давлением выходит из сопла 8, находящегося на расстоянии, например, 5 мм от поверхности загрязненной воды, воздействует на нее. При расположении сопла 8 на расстоянии меньше 3 мм от обрабатываемой воды происходит разбрызгивание воды от струи плазмы под давлением. При расположении сопла 8 на расстоянии более 7 мм от обрабатываемой воды эффективность воздействия уменьшается. В качестве загрязнителя использовали раствор красителя фенолового красного, разведенного в дистиллированной воде, стабилизированный буферным раствором NaOH до значения pH=7. Концентрация фенолового красного составляла величину ~1,1×10^-4 моль/л. Объем раствора составлял 100 мл и в процессе обработки раствор перемешивался. В ходе горения холодной плазменной струи образовался ряд активных частиц, воздействующих на поверхность раствора. Исследование обработанного раствора показали, что в процессе воздействия на раствор в нем образуются радикалы ^·ОН, ^·H, ^·O, ^·HO₂, и др., а также снижается кислотность и увеличивается концентрация пероксида (см. график на фиг. 3), в результате чего происходит деструкция загрязнителя и вода очищается от загрязнений. Кроме этого отсутствует дополнительное количество тяжелых металлов и других элементов, загрязняющих очищаемую воду при реакции между очищаемой водой и плазмоформирующими элементами от их непосредственного контакта.