RU2076075C1

RU2076075C1 - Method for disinfection of liquid medium

Info

Publication number: RU2076075C1
Application number: RU94018619A
Authority: RU
Inventors: В.А. Свиридов; С.С. Волощук; Ю.А. Рахманин; Н.П. Хохлов; В.Н. Маркин; В.В. Денькин; К.Ю. Васильев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Эко-Пульсар"
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1994-05-23
Publication date: 1997-03-27

Abstract

FIELD: waste water purification. SUBSTANCE: liquid stream is exposed to at least two pulses of light irradiation with spectrum width 0.2-4.5 mcm and duration not more than 0.1 s each under oxidizing atmosphere, for example, air, power of optical irradiation in each pulse exceeding ignition threshold of organics contained in irradiated medium. Treatment of medium with one or several series of pulses proceeds until smoke outbursts resulted from burning organics is terminated. Simultaneously liquid is made free from various-type microorganisms. EFFECT: intensified disinfection process. 2 cl

Description

Изобретение относится к способам обеззараживания природных и сточных вод оптическим излучением, включая УФ-излучения, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства. The invention relates to methods for disinfecting natural and waste water by optical radiation, including UV radiation, and can be used in various fields of national economy.

Известен способ обеззараживания питьевой воды, в котором ее обрабатывают последовательно УФ-излучением в дозе (0,24 0,325) мДж/см² и антимикробным агентом-ионами меди в количестве (0,75 1) мг/л. При реализации этого способа за 30 мин при высокой исходной степени заражения (10⁷ единиц в 1 мл воды) достигается наряду с эффектом обеззараживания и консервирующий эффект [1]
Недостатком этого способа является низкая производительность в сочетании с высокой стоимостью, связанной с необходимостью использования ионов меди. Кроме того, этот способ не обеспечивает уничтожение присутствующих в воде нефтепродуктов.A known method of disinfecting drinking water, in which it is treated sequentially with UV radiation at a dose of (0.24 0.325) mJ / cm ² and antimicrobial agent-copper ions in the amount of (0.75 1) mg / L. When implementing this method for 30 minutes with a high initial degree of infection (10 ⁷ units in 1 ml of water), along with the disinfection effect, a preserving effect is achieved [1]
The disadvantage of this method is the low productivity combined with the high cost associated with the need to use copper ions. In addition, this method does not ensure the destruction of oil products present in water.

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий обработку текучей среды УФ-излучением, отличающийся тем, что обработку каждого объема среды осуществляют серией из нее менее, чем двух импульсов оптического излучения длительностью каждого импульса в интервале (10^-3 - 10^-5)с, с суммарной энергией в серии, обеспечивающей концентрацию энергии в текучей среде в диапазоне ε = (10^-3÷10) Дж/см³ в полосе длин волн (0,2^oC4,5) мкм [2]
Указанный способ обеспечивает комплектность воздействия, а именно быстрое чередование в среде обитания биоструктур аномальных условий, вызываемое воздействием серией импульсов оптического излучения с последующим их возвращением в исходное состояние приводит к дизориентации способности этих структур к выживанию. Этот способ отличается высокой степенью обеззараживания и универсальностью, однако, он, как и предыдущий способ, не обеспечивает полного уничтожения органических веществ присутствующих в воде (в нефтегазодобывающих регионах, в населенных пунктах, вблизи АЗС и т.д.)
Задача изобретения создание способа обеззараживания текучих сред без применения дизенфектантов и реагентов, который обеспечивает уничтожение в названных средах органических веществ.Closest to the invention is a method comprising treating a fluid with UV radiation, characterized in that the processing of each volume of the medium is carried out by a series of less than two pulses of optical radiation with a duration of each pulse in the range (10 ^-3 - 10 ^-5 ) s, with a total energy in the series, providing energy concentration in the fluid in the range ε = (10 ^-3 ÷ 10) J / cm ³ in the wavelength band (0.2 ^o C4.5) microns [2]
The specified method ensures the completeness of the impact, namely, the rapid alternation in the habitat of biostructures of abnormal conditions caused by the action of a series of pulses of optical radiation with their subsequent return to their original state leads to disorientation of the ability of these structures to survive. This method is characterized by a high degree of disinfection and versatility, however, it, like the previous method, does not ensure the complete destruction of organic substances present in water (in oil and gas producing regions, in settlements, near gas stations, etc.)
The objective of the invention is the creation of a method of disinfecting fluids without the use of disinfectants and reagents, which ensures the destruction of these substances in organic substances.

Это достигается тем, что по сравнению с известным способом, состоящим в облучении потока текучей среды серией из нее менее чем 2 импульсов оптического излучения с шириной спектра (0,2 4,5) мкм, новым является то, что при этом обеспечивается импульсное облучение среды в контакте с окислителем, например с воздухом, причем, обеспечивается мощность излучения, превышающая порог вспышки нефтепродуктов. This is achieved by the fact that, compared with the known method, which consists in irradiating a fluid stream with a series of less than 2 pulses of optical radiation with a spectral width of (0.2 4.5) μm, it is new that this provides pulsed irradiation of the medium in contact with an oxidizing agent, for example with air, moreover, radiation power is provided that exceeds the flash point of petroleum products.

Многократное облучение среды импульсами с длительностью каждого импульса не более 0,1 D, мощностью, превышающей порог вспышки нефтепродуктов в среде окислителя, приводит к практически мгновенному воспламенению органики с образованием дымных выбросов от каждого импульса. Процесс выжигания органики предлагаемым способом продолжают до тех пор, пока существуют дымные выбросы. Этот процесс наиболее экономичен, т.к. в нем энергопотери практически отсутствуют (механизм теплопроводности слишком инерционен, чтобы обеспечить за время действия излучения в каждом импульсе значительный отток энергии из зоны ее поглощения (т.е. от поглощающей органической пленки на поверхности жидкости). Repeated irradiation of the medium with pulses with a pulse duration of no more than 0.1 D, with a power exceeding the threshold of an oil product flash in the oxidizing medium, leads to almost instantaneous ignition of the organic matter with the formation of smoke emissions from each pulse. The process of burning organics of the proposed method continues until there are smoke emissions. This process is the most economical since there are practically no energy losses in it (the thermal conductivity mechanism is too inertial to provide a significant outflow of energy from the absorption zone during each radiation pulse (i.e., from the absorbing organic film on the liquid surface).

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В зону действия излучения подают текучую зараженную микроорганизмами среду. Одновременно в зоне действия излучения обеспечивают контакт органической фазы, присутствующей в зараженной среде с окислителем. Производят обработку органической фазы одной или несколькими сериями из не менее, чем двух импульсов, с длительностью каждого импульса, не более 10^-1 с, шириной спектра (0,2 4,5) мкм, причем обеспечивают превышение плотности энергии в каждом импульсе, энергетического порога вспышки органики в среде окислителя и одновременно концентрации энергии, достаточной для обеззараживания от присутствующих в среде микроорганизмов. При действии серии импульсов с такими параметрами происходит воспламенение и выгорание органики в зоне действия излучения и обеззараживания среды в этой зоне.A flowing medium infected with microorganisms is fed into the radiation exposure zone. At the same time, in the radiation exposure zone, the organic phase present in the infected medium with the oxidizing agent is contacted. The organic phase is treated with one or several series of at least two pulses, with a pulse duration of no more than 10 ^-1 s, a spectrum width (0.2 4.5) μm, and an excess of the energy density in each pulse, energy the threshold of an organic outbreak in an oxidizing medium and at the same time a concentration of energy sufficient to disinfect microorganisms present in the medium. Under the action of a series of pulses with such parameters, the ignition and burnout of organic matter occurs in the zone of radiation exposure and disinfection of the medium in this zone.

Контроль достаточности обеззараживания осуществляют анализом отобранных проб, а полное выгорание органики устанавливают по прекращению дымных выбросов. Обеззараженную и очищенную среду выводят из зоны действия излучения, а вместо ее вводят новый объем исходной зараженной и насыщенной органикой среды. Процесс многократно повторяют по указанному способу с новыми и новыми объемами исходной среды до тех пор, пока не будет обработана вся исходная среда, или продолжают непрерывно при неограниченном объеме исходной среде. The sufficiency of disinfection is controlled by analysis of the samples taken, and the complete burnout of organics is established by the cessation of smoke emissions. The disinfected and purified medium is removed from the radiation exposure zone, and a new volume of the initial infected and saturated organic medium is introduced instead of it. The process is repeated many times according to the specified method with new and new volumes of the initial medium until the entire initial medium is processed, or continue continuously with an unlimited volume of the initial medium.

Промышленная применимость способа подтверждена следующими примерами реализации выполнения. The industrial applicability of the method is confirmed by the following examples of implementation.

Пример 1. Удаление органики на поверхности воды. Источник мощного импульсно-периодического излучения устанавливается над движущейся поступательно загрязненной органикой (нефтепродуктами) поверхностью (ручьи, реки, сливные коллектора очистных сооружений сельскохозяйственных или промышленных предприятий). В этом случае обеспечивают бесконечную серию импульсов с энергией E_o= 2 Дж/см². На большой поверхности органика (например, ГСМ автомобильного транспорта) распределяется тонким слоем (вплоть до мономолекулярного). Энергия для воспламенения требуется небольшая: E_o=0,5 Дж/см². Для надежности выгорания мощность излучения на поверхности пленки обеспечивают намного превышающей пороговую мощность для воспламенения в центре зоны обработки. По этому используем излучение с длительностью импульса t_o ≈ 10^-4c, что обеспечивает мощность

E_o/t_o ≈ 2•10⁴ Вт/см², минимум в 4 раза превышающую определенную экспериментально пороговую мощность q_o ≥ 0,5 Дж/см² во всей зоне обработки ширина зоны обработки 2l должна удовлетворять условию l≅R E_o/E (1), где R расстояние о центра излучателя до облучаемой поверхности, E_o - плотность энергии падающего на пленку излучения, Е плотность энергии еще обеспечивающая воспламенение пленки. При этом в каждом импульсе или в каждой серии импульсов будет выгорать пленка площадью S≅2lL, где L длина излучателя. Период времени между импульсами или сериями импульсов определим из соотношения Т 2 l /V, где V [см/c] линейная скорость поступательного движения потока среды. Как следует из соотношения (1). При R 10 см 2 l 40 см, тогда при V 6 см/с, Т 40/6 7 с. Число импульсов в серии определено по прекращению дымных выбросов.Example 1. The removal of organics on the surface of the water. A source of powerful repetitively pulsed radiation is installed above a moving translationally contaminated with organic matter (oil products) surface (streams, rivers, drain collectors of treatment facilities of agricultural or industrial enterprises). In this case, provide an infinite series of pulses with an energy E _o = 2 J / cm ² . On a large surface, organic matter (for example, fuels and lubricants for motor vehicles) is distributed in a thin layer (up to monomolecular). Energy for ignition is small: E _o = 0.5 J / cm ² . For reliable burnout, the radiation power on the film surface provides much higher than the threshold power for ignition in the center of the treatment zone. Therefore, we use radiation with a pulse duration t _o ≈ 10 ^-4 s, which provides power

E _o / t _o ≈ 2 • 10 ⁴ W / cm ² , at least 4 times higher than the experimentally determined threshold power q _o ≥ 0.5 J / cm ² in the entire treatment zone, the width of the treatment zone 2l must satisfy the condition l≅RE _o / E (1), where R is the distance about the center of the emitter to the irradiated surface, E _o is the energy density of the radiation incident on the film, E is the energy density still providing ignition of the film. In this case, in each pulse or in each series of pulses, a film with an area of S≅2lL, where L is the length of the emitter, will burn out. The time period between pulses or series of pulses is determined from the relation T 2 l / V, where V [cm / s] is the linear velocity of the translational motion of the medium flow. As follows from relation (1). At R 10 cm 2 l 40 cm, then at V 6 cm / s, T 40/6 7 s. The number of pulses in a series is determined by the cessation of smoke emissions.

Пример 2. При необходимости обработки больших площадей (загрязненная нефтепродуктами поверхность болот, рек, озер) источник устанавливается на плавучем транспортном средстве. При его перемещении по загрязненному органикой водному участку источник последовательно выжигает смежные участки пленки органической жидкости. Время выжигания сравнимо с длительностью импульса (не более 10^-1 с).Example 2. If it is necessary to process large areas (oil-contaminated surface of swamps, rivers, lakes), the source is installed on a floating vehicle. When moving along an organic contaminated water area, the source sequentially burns adjacent sections of the film of organic liquid. The burning time is comparable with the pulse duration (not more than 10 ^-1 s).

Воспользуемся теми же параметрами излучения, как и в предыдущем примере, а именно Е_o= 2 Дж/см, t_o 10^-3с, тогда при l 10 см и V 6 см/с (скорость перемещения транспортного средства) 2l ≈ 40 cм, Т 7 с. При L 200 см с учетом того, что в сутках Т_o 86400с, производительность выжигания составляет S 2lL T_o/T 8000 • 12340 ≈1,0•10⁹ см² ≈ 1,0•10⁵ м² ≈ 0,1 км².We use the same radiation parameters as in the previous example, namely E _o = 2 J / cm, t _o 10 ^-3 s, then at l 10 cm and V 6 cm / s (vehicle moving speed) 2l ≈ 40 cm , T 7 s. At L 200 cm, taking into account the fact that in days T _o 86400 s, the burning performance is S 2lL T _o / T 8000 • 12340 ≈ 1.0 • 10 ⁹ cm ² ≈ 1.0 • 10 ⁵ m ² ≈ 0.1 km ² .

Другой режим: E₀= 5 Дж/см², t_o=19^-4 c. Учитывая, что плотность энергии убывает не более, как 1/R, находим, что для E_o 0,5 Дж/см² по

расстояние до пленки должно быть R' ≈ 10 R, откуда

l ≈ 10 R, при R 10 см, 2 l 200 см, откуда производительность выжигания составляет S 2 lL T_o/T 2•30000•43200 ≈ 2,6 • 10¹⁰ см²/сут 2,6 • 10⁶ м²/сут ≈2,6 км²/сут. Пример 3. Для обеззараживания сточной воды животноводческой фермы в нефтегазодобывающем регионе. Эту воду подавали в камеру с размещенным в ней импульсным оптическим излучателем одновременно в камеру с зараженной микроорганизмами и насыщенной органической фазой водой подавали сжатый воздух. Производили обработку каждого проходящего через камеру объема воздушно-жидкой смеси, воздух в которой присутствует в виде равномерно распределенных по объему пузырьков, серией из 2 3 импульсов с t_o=10^-3 c, плотностью энергии Е_o ≈ 5Дж/см² и интервалом времени между импульсами t_n 3 с. Обработанную среду выпускали из камеры, подавали в камеру обратно и обрабатывали в том же режиме еще раз. Затем снова выпускали, подавали в камеру еще раз и обрабатывали в том же режиме. Каждый раз отбирали пробы на анализ и контролировали дымные выбросы. Обработку прекращали тогда, когда было достигнуто полное обеззараживание и прекращались дымные выбросы. Полученные режимы и зафиксированное количество импульсов использовали для контроля, промышленной обработки по предлагаемому способу исходной воды, которую постоянно контролировали на содержание микрофлоры органики.Another mode: E ₀ = 5 J / cm ² , t _o = 19 ^-4 s. Given that the energy density decreases no more than 1 / R, we find that for E _o 0.5 J / cm ² by

the distance to the film should be R '≈ 10 R, whence

l ≈ 10 R, at R 10 cm, 2 l 200 cm, whence the burning rate is S 2 lL T _o / T 2 • 30000 • 433200 ≈ 2.6 • 10 ¹⁰ cm ² / day 2.6 • 10 ⁶ m ² / day ≈2.6 km ² / day. Example 3. For the disinfection of waste water from a livestock farm in the oil and gas producing region. This water was supplied to a chamber with a pulsed optical emitter placed in it, and compressed air was supplied simultaneously to a chamber with microorganisms infected and organic phase saturated with water. Each volume of an air-liquid mixture passing through the chamber was processed, the air in which is present in the form of bubbles uniformly distributed over the volume, with a series of 2 3 pulses with t _o = 10 ^-3 s, energy density E _o ≈ 5 J / cm ² and a time interval between pulses t _n 3 s. The treated medium was discharged from the chamber, fed back into the chamber and processed again in the same mode. Then it was released again, fed into the chamber again and processed in the same mode. Each time, samples were taken for analysis and smoke emissions were monitored. Processing was stopped when complete disinfection was achieved and smoke emissions ceased. The obtained modes and a fixed number of pulses were used for control, industrial processing according to the proposed method of source water, which was constantly monitored for the microflora content of organic matter.

Claims

1. The method of disinfecting a liquid medium by processing it with optical radiation in contact with an oxidizing agent, characterized in that the processing of each volume of the medium is carried out by at least two pulses with a wavelength of 0.2 to 4.5 μm and a duration of not more than 10 ^- ¹ s, and provide radiation power in each pulse exceeding the ignition threshold of organic substances in the environment of the oxidizer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the processing of the volume of the medium by pulses is carried out until the cessation of smoke emissions.