RU225617U1 - Устройство для доочистки сточных вод от трудноокисляемых органических загрязняющих веществ - Google Patents
Устройство для доочистки сточных вод от трудноокисляемых органических загрязняющих веществ Download PDFInfo
- Publication number
- RU225617U1 RU225617U1 RU2023130045U RU2023130045U RU225617U1 RU 225617 U1 RU225617 U1 RU 225617U1 RU 2023130045 U RU2023130045 U RU 2023130045U RU 2023130045 U RU2023130045 U RU 2023130045U RU 225617 U1 RU225617 U1 RU 225617U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wastewater
- cavitation
- ultrasound
- difficult
- treatment
- Prior art date
Links
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 title description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical class [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 18
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 5
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 5
- VAAUVRVFOQPIGI-SPQHTLEESA-N ceftriaxone Chemical compound S([C@@H]1[C@@H](C(N1C=1C(O)=O)=O)NC(=O)\C(=N/OC)C=2N=C(N)SC=2)CC=1CSC1=NC(=O)C(=O)NN1C VAAUVRVFOQPIGI-SPQHTLEESA-N 0.000 description 4
- 229960004755 ceftriaxone Drugs 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- WXNZTHHGJRFXKQ-UHFFFAOYSA-N 4-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=C(Cl)C=C1 WXNZTHHGJRFXKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKZXCROQGHXTI-UHFFFAOYSA-M acid blue 25 Chemical compound [Na+].C1=2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C=2C(N)=C(S([O-])(=O)=O)C=C1NC1=CC=CC=C1 LIKZXCROQGHXTI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N carbamazepine Chemical compound C1=CC2=CC=CC=C2N(C(=O)N)C2=CC=CC=C21 FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000623 carbamazepine Drugs 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- -1 etc.) Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002550 fecal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003295 industrial effluent Substances 0.000 description 1
- 239000003317 industrial substance Substances 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical class [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- OLSOUGWNONTDCK-UHFFFAOYSA-J tetrasodium 5-amino-3-[[4-[4-[(8-amino-1-hydroxy-3,6-disulfonatonaphthalen-2-yl)diazenyl]-3-methoxyphenyl]-2-methoxyphenyl]diazenyl]-4-hydroxynaphthalene-2,7-disulfonate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].C1=C(S([O-])(=O)=O)C=C2C=C(S([O-])(=O)=O)C(N=NC3=CC=C(C=C3OC)C=3C=C(C(=CC=3)N=NC=3C(=CC4=CC(=CC(N)=C4C=3O)S([O-])(=O)=O)S([O-])(=O)=O)OC)=C(O)C2=C1N OLSOUGWNONTDCK-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для глубокой очистки сточных вод от трудноокисляемых биорезистентных органических веществ и может быть использована в системах доочистки сточных вод химических и других предприятий, медицинских учреждений и хозяйственно-бытовых стоков. Устройство-реактор включает расположенную в дне форсунку для создания гидродинамической кавитации с давлением 5 атм и источник ультразвука. Источник ультразвука выполнен в виде двух пьезоэлементов - источников высокочастотного ультразвука 1.7 МГц, направленных друг против друга. Реактор выполнен с возможностью дозирования в него персульфата калия и соли железа (II). Технический результат: повышение эффективности окислительной деструкции трудноокисляемых органических соединений в водных растворах и минерализации общего органического углерода за счёт реализации процесса в кавитационном поле, созданным одновременно гидродинамической кавитацией и высокочастотным ультразвуковым воздействием. 2 ил., 2 табл., 2 прим.
Description
Полезная модель относится к устройствам для глубокой очистки сточных вод от трудноокисляемых биорезистентых органических веществ (фармацевтических препаратов, промышленных химикатов и т.п.) и может быть использовано в системах доочистки сточных вод химических и др. предприятий, медицинских учреждений и хозяйственно-бытовых стоков.
Из существующего уровня техники известно, что для очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений эффективно применять усовершенствованные окислительные методы (AOPs - Advanced Oxidation processes), сочетающие в себе использование окислителей (пероксида водорода, озона и др.), катализаторов и физического воздействия. При этом удаётся достичь не только деструкции целевого соединения, но и снижения содержания растворенного органического углерода, что свидетельствует о глубоком разрушении молекул и минимизирует риск формирования более токсичных соединений. [Исаев А.Б., Магомедова А.Г. Новые технологии очистки сточных вод от красителей на основе окислительных процессов // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2022. Т.63, №4. С.247-268; Кофман В. Я. Новые окислительные технологии очистки воды и сточных вод (часть 1) (обзор зарубежных изданий) //Водоснабжение и санитарная техника. 2013. №10. С.68-78; Шейнкман Л.Э., Савинова Л.Н., Дергунов Д.В., Тимофеева В.Б. Усовершенствованные окислительные процессы очистки промышленных сточных вод // Экология и промышленность России. 2015. Т.19. №6. С.32-36; Scaria J., Nidheesh P.V. Comparison of hydroxyl-radical-based advanced oxidation processes with sulfate radical-based advanced oxidation processes // Current Opinion in Chemical Engineering. 2022. V.36. 100830; Lin W., Liu X., Ding A., Ngo H.H., et al. Advanced oxidation processes (AOPs)-based sludge conditioning for enhanced sludge dewatering and micropollutants removal: A critical review // Journal of Water Process Engineering. 2022. V.45, 102468; Dewil R., Mantzavinos D., Poulios I., Rodrigo M.A. New perspectives for advanced oxidation processes // Journal of Environmental Management Academic Press. 2017. V.195, P.93-99]
Гибридные методы очистки с использованием кавитации в сочетании с известными AOPs обеспечивают снижение эксплуатационных затрат за счёт меньшей концентрации окислителя и сокращения времени обработки. Кавитационные эффекты в виде локальных «горячих точек», генерации свободных радикалов и интенсивного массообмена являются основным движущим механизмом для глубокого окисления загрязняющих веществ в сточных водах, что также приводит к лучшему использованию добавленных окислителей [Raut-Jadhav, M.P. Badve, D.V. Pinjari, D.R. Saini, S.H. Sonawane, A.B. Pandit. Treatment of the pesticide industry effluent using hydrodynamic cavitation and its combination with process intensifying additives (H2O2 and ozone) //Chem. Eng. J. 2016. V.295. P.326-335].
Известно устройство для подготовки и обеззараживания сточных (фекальных и бытовых), природных вод из открытых и подземных источников, включающее в блоке коагуляции-флотации генератор гидродинамической кавитации для смешивания озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой, а в блоке доочистки и обеззараживания на финальной стадии одновременную обработку ультразвуком и УФ-излучением [Патент на полезную модель РФ 113 263 МПК C02F 1/24, C02F 3/02, 2011]. Недостатком устройства является снижение эффективности УФ-обезвреживания, за счёт экранирующего действия образующихся в условиях ультразвуковой обработки мелкодисперсных пузырьков.
Известен способ для глубокой очистки сточных вод от красителей, для осуществления которого проводят обработку окрашенных сточных вод, содержащих красители (катионный красный 2С и прямой чисто голубой), ультрафиолетовым облучением длиной волны 186-254 нм в присутствии пероксида водорода с концентрацией 1-5 мг/л. Обработку проводят совместно с ультразвуком частотой 35-47 кГц [Патент РФ 2 480 424, МПК C02F 9/12, C02F 1/32, C02F 1/36, C02F 1/72, C02F 103/14, 2011]. К числу недостатков способа следует отнести технологические сложности при использовании пероксида водорода. Товарный продукт пероксида водорода представляет собой пожаровзрывоопасную жидкость, разлагающуюся на свету, с содержанием основного вещества не более 40%, с гарантийным сроком хранения 6 месяцев при температуре от минус 30°С до 30°С [ГОСТ 177-88 Водорода перекись. Технические условия]. Пероксид водорода относится ко второму классу опасности. Это обуславливает трудности при транспортировке, хранении, применении реагента и необходимость создания специальных сооружений для безопасной эксплуатации. Недостатком также является применение низкочастотных ультразвуковых устройств (до 100 кГц), которые достаточно энергоемки и имеют низкий коэффициент полезного действия, что является их существенным недостатком, а потребляемая мощность высокочастотных аналогов практически на порядок ниже, что обуславливает их перспективность для промышленного применения [Thangavaddivel K., Owens G., Okitsu K. Removal of methyl orange from aqueous solution using a 1.6 MHz ultrasonic atomizer // RSC Advances. 2013. V.3. P.23370-23376; Ghadbane H., Hamdaoui O. Degradation of Acid Blue 25 in Aqueous Media Using 1700 kHz Ultrasonic Irradiation: Ultrasound/Fe(II) and Ultrasound/H2O2 Combinations // Ultrasonics Sonochemistry. 2008. V.16. P. 593-598; Hao H., Chen Y., Wu M., Wang H., Yin Y., Lü Z. Sonochemistry of degrading p-chlorophenol in water by high frequency ultrasound // Ultrasonics Sonochemistry. 2004. V.11. P. 43-46].
Известна система для комбинированной обработки и обеззараживания воды, предусматривающая блок финишной доочистки, включающий эжектор-кавитатор, в котором смешивается очищаемая вода с озоно-воздушной смесью, генерируемой из атмосферного воздуха лампой УФ-излучения [Патент РФ 2635129, МПК C02F 9/12, C02F 1/32, C02F 1/34, C02F 1/50, C02F 1/52, B01D 36/00, 2016]. Общим недостатком всех устройств, включающих УФ-облучение, является то, что как правило, при этом используют ртутные лампы, имеющие низкий КПД преобразования электрической энергии в бактерицидное УФ-излучение (у лучших образцов не превышает 40 %), что приводит к существенным материальным затратам на очистку воды, кроме того, использованные ртутные лампы относятся к отходам первого класса опасности, и это обуславливает необходимость организации специальных мест для их хранения и решения вопроса с утилизацией.
Акустическая кавитация (AК) и гидродинамическая кавитация (ГК) - два широко используемых способа создания кавитационных условий. AК создается с помощью ультразвука, где чередование циклов разрежения и сжатия приводит к различным фазам кавитации. ГК возникает из-за изменения давления во время прохождения жидкости через кавитирующее устройство, основанное на изменении геометрии потока. Образование кавитации происходит при сужении, когда статическое давление жидкости становится ниже давления пара. После восстановления давления образовавшиеся полости разрушаются с большой плотностью энергии [Kumar K.S., Moholkar V.S. Conceptual design of a novel hydrodynamic cavitation reactor // Chem. Eng. Sci.. 2007. V. 62, I.10. P. 2698-2711; Didenko Y.T., McNamara W.B., Suslick K.S. Hot spot conditions during cavitation in water // J. Am. Chem. Soc.. 1999. V.121. P. 5817-5818].
Термодинамические переменные состояния, такие как давление и температура, а также тип кавитационного генератора, геометрия реактора, газовая фракция и загрязняющие вещества, оказывают большое влияние на динамику пузырьков, и их взаимосвязь является сложной и полностью не изученной [Šarc A., Stepišnik-Perdih T., Petkovšek M., Dular M. The issue of cavitation number value in studies of water treatment by hydrodynamic cavitation // Ultrasonics Sonochemistry. 2017. V. 34. P. 51-59]. Необходимо отметить, что использование кавитации имеет и такие преимущества, как низкая себестоимость оборудования, простота масштабирования и возможность комбинирования с другими процессами [Choi J., Cui M., Lee Y., Kim J., et al. Hydrodynamic cavitation and activated persulfate oxidation for degradation of bisphenol A: Kinetics and mechanism. // Chemical Engineering Journal. 2018. V.338. P.323-332; Gujar S.K., Gogate P.R., Kanthale P., Pandey R., et al. Combined oxidation processes based on ultrasound, hydrodynamic cavitation and chemical oxidants for treatment of real industrial wastewater from cellulosic fiber manufacturing sector // Separation and Purification Technology. 2021. V.257. 117888; Thanekar P., Gogate P.R. Improved processes involving hydrodynamic cavitation and oxidants for treatment of real industrial effluent // Separation and Purification Technology. 2020. V.239. 116563].
Сочетание гидродинамической и акустической кавитации в одной реакторной системе привлекает внимание исследователей из-за потенциальной возможности использования преимуществ каждого метода генерации для достижения более высокой степени деструкции загрязняющих веществ в процессе обработки и повышения энергоэфективности [Wu, Z., Yuste-Córdoba, F.J., Cintas, P., Wu, Z., Boffa, L., Mantegna, S. and Cravotto, G. Effects of ultrasonic and hydrodynamic cavitation on the treatment of cork wastewater by flocculation and Fenton processes // Ultrasonics Sonochemistry. 2018. V.40, № 1. P.3-8; Braeutigam P. Degradation of Organic Micropollutants by Hydrodynamic and/or Acoustic Cavitation BT - Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. / ed. Ashokkumar M. Singapore: Springer Singapore. 2015. P.1-23; Braeutigam P., Franke M., Schneider R.J., Lehmann A., et al. Degradation of carbamazepine in environmentally relevant concentrations in water by Hydrodynamic-Acoustic-Cavitation (HAC) // Water Research. 2012. V.46. P. 2469-2477].
Наиболее близким техническим решением по количеству близких признаков к заявляемой полезной модели является установка для деструкции красителей, содержащая реактор в котором генерируются гидродинамическая и низкочастотная (27,9 кГц) акустическая кавитации [Yi Ch., Lu Q., Wang Y., Wang Y., Yang B. Degradation of organic wastewater by hydrodynamic cavitation combined with acoustic cavitation // Ultrasonics Sonochemistry. 2018. V.43. P.156-165]. В реакторе три преобразователя ультразвука расположены вдоль зонда, который, в свою очередь размещен в одной горизонтальной плоскости с генераторами гидродинамической кавитации - трубками Вентури внутри реактора. Недостатком установки является низкая эффективность удаления красителя (менее 35 %) и использование низкочастотной акустической кавитации, которая, как доказано ранее, не является энергоэффективной [Асеев Д.Г., Батоева А.А., Сизых М.Р. Сонохимическое окисление Бисфенола А при воздействии высокочастотного ультразвука // Журнал СФУ. Химия. 2022. Т.15. № 4. С. 560-570].
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности окислительной деструкции трудноокисляемых органических соединений в водных растворах и минерализации общего органического углерода.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство-реактор для доочистки сточных вод от трудноокисляемых органических загрязняющих веществ, представляющее собой цилиндрический резервуар с встроенным в дно устройством для создания гидродинамической кавитации при входном давлении 5 атм, представляющее собой форсунку из титана (диаметр выходного отверстия 4 мм, внутренний диаметр 10 мм, высота 30 мм) и с двумя пьезокерамическими преобразователями - источниками высокочастотного ультразвука (1.7 МГц), направленными друг против друга, «лицом к лицу». Ранее экспериментально было доказано, что при подобном расположении сонохимический выход двух одновременно используемых источников излучения (для высокочастотного ультразвука) намного выше, чем их алгебраическая сумма [Асеев Д.Г., Батоева А.А., Сизых М.Р. Сонохимическое окисление Бисфенола А при воздействии высокочастотного ультразвука // Журнал СФУ. Химия. 2022. Т.15. № 4. С. 560-570; Lee M., Oh J. Synergistic effect of hydrogen peroxide production and sonochemiluminescence under dual frequency ultrasound irradiation // Ultrasonic Sonochemistry. 2011. V. 18. P.781-788]. При относительно низких акустических давлениях микропузырьки колеблются в симметричной радиальной моде с периодически меняющимися объемами пузырьков. Вероятно, в промежутке между направленными друг против друга излучателями создаются условия, при которых колебания пузырьков в обеих модах (объем и форма) сохраняются в течение сотен акустических циклов, определяя устойчивую кавитацию.
Струя обрабатываемой воды, выходя из форсунки, оказывается между двух источников ультразвука. В условиях неоднородного гидродинамического поля кавитации, в котором образуется большое количество кавитирующих микропузырьков, попадающих в область ультразвукового воздействия (1.7 МГц), увеличивается количество колебаний и эффективных коллапсов этих кавитирующих микропузырьков, что в конечном итоге приводит к образованию множества активных форм кислорода с высокой скоростью, реагирующих с загрязняющими веществами.
Для достижения высокой эффективности очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений кавитационную обработку комбинируют с химической, добавляя в раствор соли железа (II) и персульфат калия. При этом существенно возрастает скорость реакции окисления, эффективность деструкции удаляемых веществ и общего органического углерода.
Схема устройства для очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений представлена на фиг. 1.
Устройство для очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений представляет собой расположенный по направлению движения обрабатываемой воды реактор, с встроенной в дно форсункой для создания гидродинамической кавитации (с давлением 5 атм ) (1), и двумя пьезокерамическими преобразователями - источниками высокочастотного ультразвука (1.7 МГц) (2), направленными друг против друга, подключенными к акустическим генераторам (3).
Устройство периодического действия работает следующим образом: очищаемая вода поступает в реактор, в который дозируется необходимое количество персульфата калия и соли железа, а затем при помощи насоса, создающего необходимое давление, циркулирует по внешнему трубопроводу, проходя через форсунку, расположенную в нижней части устройства и между источников ультразвука, возвращается в реактор. Количество циклов обработки сточной воды определяется требуемой степенью её очистки.
Сравнительные примеры по окислению анибиотика цефтриаксона и Бисфенола А в предлагаемом устройстве представлены ниже:
Пример 1. Раствор цефтриаксона с концентрацией 20 мг/л обрабатывали в предлагаемом устройстве, без источников высокочастотного ультразвука (только гидродинамическая кавитация) и минуя генератор гидродинамической кавитации (только ультразвук). Объем обрабатываемого раствора 6.7 л, давление 5 атм. Потребляемая мощность насоса, использованного для создания избыточного давления в системе - 400 Вт, источников высокочастотного ультразвука - 50 Вт. Результаты представлены на фиг. 2.
Комбинированное использование гидродинамической кавитации и ультразвука в предлагаемом устройстве позволяют достичь синергического эффекта от совмещения двух воздействий. Синергический индекс, рассчитанный по константам скорости реакции окисления цефтриаксона, составил 1.17.
Таблица 1. Константы скорости реакции окисления цефтриаксона
| Процессы | k, ·10-4 мин-1 | Синергический индекс, ϕ* |
| Гидродинамическая кавитация | 1.03 | 1.17 |
| Ультразвук | 1.56 | |
| В предлагаемом устройстве | 3.02 |
*ϕ = k (предл.устройство)/(k (гидродин.кавит.) + k (ультразвук))
Пример 2. Модельный раствор бисфенола А с концентрацией 10 мг/л обрабатывали в предлагаемом устройстве в присутствии сульфата железа (II) и персульфата калия с концентрациями 89 μM (5 мг/л по Fe2+) и 219 μM (59 мг/л), соответственно. Для контроля проводили эксперимент по примеру 1 и с добавлением реагентов, в окислительной системе {Fe2+/S2O8 2-} без кавитации. Результаты представлены в таблице 2. Синергические индексы, рассчитанные по эффективности конверсии бисфенола А и минерализации общего органического углерода (ООУ) в растворе, при осуществлении процесса окислительной деструкции в предлагаемом устройстве, составили 1.2 и 3.8, соответственно.
Таблица 2. Эффективность конверсии бисфенола A и минерализации по ООУ
| Процессы | Эффективность, % | |
| конверсии | минерализации по ООУ | |
| В предлагаемом устройстве | 9 | 0 |
| {Fe2+/S2O8 2-} | 47 | 12 |
| В предлагаемом устройстве {Fe2+/S2O8 2-} | 69 | 46 |
| синергический индекс, ϕ** | 1.2 | 3.8 |
* время обработки 240 мин.
** ϕ = Э (предл.устройство+{Fe²⁺/S₂O₈² ̄})/( Э (предл.устройство) + Э {Fe²⁺/S₂O₈² ̄ }).
Claims (1)
- Устройство-реактор для глубокой очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений, включающее расположенную в дне форсунку для создания гидродинамической кавитации с давлением 5 атм и источник ультразвука, отличающееся тем, что источник ультразвука выполнен в виде двух пьезоэлементов - источников высокочастотного ультразвука 1,7 МГц, направленных друг против друга, при этом реактор выполнен с возможностью дозирования в него персульфата калия и соли железа (II).
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU225617U1 true RU225617U1 (ru) | 2024-04-25 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2214972C1 (ru) * | 2002-12-25 | 2003-10-27 | ООО "Центр прикладной акустики" | Способ очистки воды |
| RU2541779C2 (ru) * | 2013-04-30 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" | Установка для обеззараживания жидкостей комплексным воздействием физических факторов |
| CN205999060U (zh) * | 2016-06-24 | 2017-03-08 | 陕西理工学院 | 一种难生化有机废水预处理装置 |
| CN106745489A (zh) * | 2016-12-24 | 2017-05-31 | 青岛科技大学 | 一种水力空化污水处理设备 |
| CN112093851A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-18 | 辽宁大学 | 一种水力-超声双空化复合系统及降解废水中染料的方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2214972C1 (ru) * | 2002-12-25 | 2003-10-27 | ООО "Центр прикладной акустики" | Способ очистки воды |
| RU2541779C2 (ru) * | 2013-04-30 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" | Установка для обеззараживания жидкостей комплексным воздействием физических факторов |
| CN205999060U (zh) * | 2016-06-24 | 2017-03-08 | 陕西理工学院 | 一种难生化有机废水预处理装置 |
| CN106745489A (zh) * | 2016-12-24 | 2017-05-31 | 青岛科技大学 | 一种水力空化污水处理设备 |
| CN112093851A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-18 | 辽宁大学 | 一种水力-超声双空化复合系统及降解废水中染料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yi Ch., Lu Q., Wang Y., Wang Y., Yang B. Degradation of organic wastewater by hydrodynamic cavitation combined with acoustic cavitation // Ultrasonics Sonochemistry. 2018. V.43. P.156-165. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Saharan et al. | Advanced oxidation technologies for wastewater treatment: an overview | |
| Tasaki et al. | Degradation of methyl orange using short-wavelength UV irradiation with oxygen microbubbles | |
| Gore et al. | Degradation of reactive orange 4 dye using hydrodynamic cavitation based hybrid techniques | |
| CN101786756B (zh) | 一种处理生化难降解有机废水的工艺方法 | |
| US6991735B2 (en) | Free radical generator and method | |
| CN207659245U (zh) | 一种芬顿-光催化膜反应器废水处理装置 | |
| CN207451708U (zh) | 一种紫外光催化氧化-臭氧微纳米氧化污水处理装置 | |
| CN100519439C (zh) | 臭氧与高压电晕联用处理高浓度有机废水的方法及设备 | |
| CN207330486U (zh) | 一种臭氧-芬顿氧化-非均相紫外光催化降解污水处理装置 | |
| Wang et al. | Hydrodynamic cavitation and its application in water treatment combined with ozonation: A review | |
| Shajeelammal et al. | Treatment of real time textile effluent containing azo reactive dyes via ozonation, modified pulsed low frequency ultrasound cavitation, and integrated reactor | |
| Lakshmi et al. | Acoustic and hydrodynamic cavitation-based combined treatment techniques for the treatment of industrial real effluent containing mainly pharmaceutical compounds | |
| Aziz et al. | Recent advances in water falling film reactor designs for the removal of organic pollutants by advanced oxidation processes: a review | |
| RU116851U1 (ru) | Установка очистки сточных вод | |
| Shriram et al. | Ozonation of textile dyeing wastewater-a review | |
| CN114920400A (zh) | 一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法及系统 | |
| Patil et al. | Hybrid hydrodynamic cavitation (HC) technique for the treatment and disinfection of lake water | |
| RU225617U1 (ru) | Устройство для доочистки сточных вод от трудноокисляемых органических загрязняющих веществ | |
| CN103951125A (zh) | Edta清洗废液的处理方法及其对应的反应装置 | |
| CN207405000U (zh) | 一种复合高级氧化工艺处理高cod废液的装置 | |
| CN206109157U (zh) | 一种Fenton协同臭氧处理废水装置 | |
| CN210595626U (zh) | 一种工业废水超声波协同催化氧化装置 | |
| RU2725234C2 (ru) | Гидродинамическая установка обработки загрязненной воды | |
| RU110084U1 (ru) | Фотохимический реактор для обработки воды и система очистки воды | |
| CN205740597U (zh) | 一种强化铁碳微电解‑臭氧氧化法降解硝基苯废水的装置 |