RU2286949C2 - Способ и устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов - Google Patents
Способ и устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286949C2 RU2286949C2 RU2004104462/15A RU2004104462A RU2286949C2 RU 2286949 C2 RU2286949 C2 RU 2286949C2 RU 2004104462/15 A RU2004104462/15 A RU 2004104462/15A RU 2004104462 A RU2004104462 A RU 2004104462A RU 2286949 C2 RU2286949 C2 RU 2286949C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- decomposition
- solution
- electrodes
- waste
- reactor
- Prior art date
Links
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 140
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims description 64
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 19
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 14
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 claims description 6
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 claims description 6
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 5
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 4
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019395 ammonium persulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 129
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 25
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- JVXHQHGWBAHSSF-UHFFFAOYSA-L 2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate;hydron;iron(2+) Chemical compound [H+].[H+].[Fe+2].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O JVXHQHGWBAHSSF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 description 1
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- VFNGKCDDZUSWLR-UHFFFAOYSA-L disulfate(2-) Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OS([O-])(=O)=O VFNGKCDDZUSWLR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000004698 iron complex Chemical group 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- CMOAHYOGLLEOGO-UHFFFAOYSA-N oxozirconium;dihydrochloride Chemical compound Cl.Cl.[Zr]=O CMOAHYOGLLEOGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/05—Conductivity or salinity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Изобретение относится к разложению органического содержимого водных растворов отходов. Способ включает погружение электродов в раствор, создание и поддерживание электродугового разряда между электродами и электропроводным раствором. Дуговой разряд создается электрическим током с плотностью тока по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении по меньшей мере 70 В и симметричным переменным током частотой по меньшей мере 10 Гц, посредством чего осуществляют разложение органического содержимого раствора на воду, двуокись углерода и азот. Во время процесса поддерживают оптимальные значения рН и/или электропроводности раствора. Устройство содержит питающую емкость для исходных материалов, по меньшей мере один контур разложения и емкость-хранилище. Технический эффект - повышение экономичности и экологичности способа. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов. Способ и устройство могут быть использованы для разложения различных органических материалов, содержащихся в электропроводных растворах отходов, например для разложения этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA) или комплекса железо-EDTA (Fe-EDTA). Способ и устройство могут быть использованы для разложения органического содержимого растворов радиоактивных отходов, например для обработки радиоактивных отходов, производимых во время дезактивации парогенератора второго контура, в ядерных электростанциях.
Обработка растворов отходов, содержащих органические материалы, в частности обработка растворов радиоактивных отходов, является проблемой для защиты окружающей среды. Устранение содержимого EDTA и Fe-EDTA из раствора отходов является особенно сложным. Обработка отходов как с использованием известных систем, так и с помощью недавно введенных новых способов серьезно осложняется содержанием EDTA в жидких радиоактивных отходах, притом EDTA серьезно ухудшает стабильность радиоактивных отходов, уже кондиционированных для конечного захоронения. Путем разложения EDTA в растворе объем раствора отходов может быть значительно уменьшен, что заметно понижает стоимость последующей обработки и хранения.
Нерадиоактивные растворы, содержащие EDTA, также требуют специальной обработки перед их выпуском в окружающую среду. Это делает хранение растворов отходов дорогим, и в то же время представляет собой большую нагрузку на окружающую среду.
Предшествующий уровень техники
Для понижения содержания органических веществ в водных растворах отходов известны различные решения.
Известные способы обработки включают преобразование растворов отходов в твердый материал путем термической сушки, как раскрыто, например, в патенте Германии DE 1639299. Недостаток этого способа заключается в очень высокой стоимости, связанной с большим количеством энергии, необходимым для испарения воды, содержащейся в растворе. Хранение материала, полученного с помощью этого способа, благоприятного для окружающей среды, является дорогим и включает дополнительные сложности.
Другой известный способ представляет собой разложение органического материала с использованием озона. Согласно патенту США 4761208 способ включает введение перекиси водорода в раствор отходов, содержащий органические материалы. Однако эффективность этого способа является очень низкой, поскольку остаточные органические радикалы не могут быть получены в свободной форме. Даже тогда, когда эффективность озонового разложения улучшается посредством катализатора, разложение является неполным. Дополнительный недостаток способа заключается в том, что его трудно контролировать.
Еще одно решение для понижения содержания органических веществ в водных растворах представляет собой биологическое разложение. Однако при использовании этого способа содержимое EDTA в растворе не может быть удалено и, в дополнение к этому, не может быть понижена бактерицидность раствора.
В патенте США 5630915 раскрыты способ и устройство для дезактивации воды. В соответствии с этим способом между электродами, частично погруженными в жидкость, создается электрический дуговой разряд. Для интенсификации окисления к раствору отходов добавляют перекись водорода в емкости для предварительной обработки. Электроды присоединяют к конденсатору, который заряжается при протекании переменного тока частотой 60 Гц. Таким образом, между анодом и катодом в форме игл создается импульсный электрический дуговой разряд. Из-за конической формы электродов реакция проходит вдоль очень малой поверхности раздела, при этом катод быстро теряет свою массу. Кроме того, из-за импульсной природы электрических дуговых разрядов способ имеет малую производительность. По этой причине он может экономично применяться только для обработки небольших количеств растворов отходов или только для понижения уровня загрязнения до меньших значений.
В публикации WO 99/01382 раскрыты способ и устройство для обработки проточной загрязненной воды. В соответствии с этим способом для обработки воды используется электрохимическая реакция, а более конкретно электролиз. Устройство содержит электролитическую ячейку, содержащую входной и выходной трубопроводы, источник тока, микропроцессорный узел контроля, средства регулировки и подающий насос. Средства регулировки соединены с подающими насосами, которые работают по сигналам от сенсоров, непрерывно измеряющих pH и электропроводимость воды, подвергающейся обработке. Электроды погружены во флюид в электролитической ячейке, при этом электроды подключены к источнику постоянного тока напряжением 25 В. Плотность применяемого тока составляет 67 А/м2. К недостаткам этого способа можно отнести невозможность разложения всех типов органического материала.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов, которые способны к уменьшению или, при определенных условиях, к удалению органического содержимого из водных растворов отходов, который является экономичным и благоприятным для окружающей среды одновременно.
Согласно изобретению плазма, создаваемая вдоль поверхности электродов путем развития электрического дугового разряда между электродами и раствором, будет осуществлять термическое разложение органических материалов, а свободные радикалы, производимые плазмой, будут окислять органические материалы, находящиеся в растворе. Разложение органических материалов может быть усилено путем введения окислительного материала в область электрода.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа для подводного разложения органического содержимого водных растворов отходов, который включает измерение и, если это необходимо, установление pH и/или электропроводности раствора, поддержание оптимального pH и/или электропроводности во время процесса и дополнительно частичное или полное разложение органических материалов в растворе. Способ согласно настоящему изобретению отличается погружением электродов в раствор получением и поддержанием электрического дугового разряда между раствором и электродами, погруженными в раствор, путем приложения электрического тока с плотностью тока по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении по меньшей мере 70 В путем приложения симметричного переменного тока, имеющего частоту по меньшей мере 10 Гц, и затем разложением органического содержимого раствора на воду, двуокись углерода и азот. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа pH и/или электропроводность раствора отходов устанавливается с помощью раствора для предварительной обработки. В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения способа для установления pH раствора отходов в качестве раствора для предварительной обработки добавляют гидроксид натрия. В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом воплощения pH раствора отходов, содержащего EDTA, устанавливается при значении, находящемся в пределах от 8 до 13. Предпочтительным является также вариант, в соответствии с которым в качестве раствора для предварительной обработки, используемого для установления pH раствора отходов, добавляется фосфорная кислота. Предпочтительно в качестве раствора для предварительной обработки для регулирования электропроводности раствора отходов добавлять сульфат натрия. Предпочтительно также в качестве раствора для предварительной обработки, для установления pH и электропроводности раствора отходов добавлять нитрат натрия. Для увеличения эффективности разложения органического содержимого полезно добавлять к раствору окислителя перекись водорода. В качестве окислителя полезно использовать пероксидисульфат аммония или нитрат натрия.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов. Устройство содержит питающую емкость для исходных материалов, по меньшей мере один контур разложения и емкость-хранилище. Устройство согласно настоящему изобретению содержит контур разложения, работающий в загрузочном режиме, содержащий загрузочный реактор для последующего разложения, буферную емкость и циркуляционный насос, при этом питающая емкость для исходных материалов и емкость-хранилище соединены с контуром разложения, работающим в загрузочном режиме, через подающий насос. Контур разложения, работающий в загрузочном режиме, соединен с емкостью раствора для предварительной обработки через регулирующий узел и подающий насос, при этом оросительный конденсатор присоединен к загрузочному реактору для последующего разложения. Оросительный конденсатор конденсирует и, по меньшей мере, частично возвращает пары, производимые в нем, в загрузочный реактор. Электроды погружаются в раствор отходов, находящихся в реакторе для последующего разложения, работающем в загрузочном режиме. Указанные электроды присоединены к источнику тока, подающего электрический ток, с плотностью тока по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении по меньшей мере 70 В, который способен формировать и поддерживать электрический дуговой разряд между раствором отходов и погруженными электродами. От источника тока подается симметричный переменный ток частотой по меньшей мере 10 Гц. В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения устройства емкость с окислителем присоединяется к контуру разложения, работающему в загрузочном режиме, через питатель и подающий насос.
Согласно предпочтительному варианту воплощения устройство содержит дополнительный проточный контур непрерывного разложения, который включает в себя главный реактор разложения, буферную емкость и циркуляционный насос, причем проточный контур непрерывного разложения расположен между контуром разложения, работающим в загрузочном режиме, и емкостью для исходных материалов, так что проточный контур непрерывного разложения присоединен к емкости раствора для предварительной обработки через регулировочный узел. При этом оросительный конденсатор присоединен к главному реактору разложения, где указанный оросительный конденсатор конденсирует и, по меньшей мере, частично возвращает пары, производимые в нем, в главный реактор разложения. Электроды погружаются в раствор отходов в указанном главном реакторе разложения, при этом электроды присоединены к источнику тока, подающему электрический ток с плотностью тока по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении по меньшей мере 70 В, который формирует и поддерживает электрический дуговой разряд в растворе отходов, между раствором и погруженными электродами. Источник тока формирует симметричный переменный ток, предпочтительно имеющий частоту по меньшей мере 10 Гц. Предпочтительно емкость с окислителем присоединена к проточному контуру непрерывного разложения через питатель и подающий насос.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом воплощения контур разложения, работающий в загрузочном режиме, и проточный контур непрерывного разложения содержат фильтры, встроенные в них. При этом электроды соединены с источником тока, подающим однофазный переменный ток. Возможен вариант, когда электроды присоединены к источнику тока, подающему трехфазный переменный ток.
Краткое описание чертежей
Способ согласно настоящему изобретению будет пояснен более подробно ниже со ссылкой на прилагаемый чертеж, который изображает устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов, согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Способ согласно настоящему изобретению основан на разрушении органических материалов в электропроводных растворах отходов посредством электрического дугового разряда, создаваемого между погруженными электродами и раствором. Параметры процесса оптимизируют экспериментально. Осуществляют эксперименты по разложению органического содержимого водного раствора отходов, содержащего EDTA, радиоактивного водного раствора отходов, также содержащего EDTA, и по разрушению содержимого раствора отходов "citrox". Были исследованы:
свойства электродов: материал, поверхность, геометрия поперечного сечения, расстояние между электродами;
свойства раствора отходов: начальное значение pH, воздействие изменения pH на скорость разложения EDTA;
другие свойства: воздействие параметров источника тока на процесс.
Эксперименты осуществляют в охлаждаемом стеклянном сосуде, при этом раствор отходов имеет следующий состав:
Fe4 | 4 г/дм3 |
EDTA | 21,5 г/дм3 |
H3BO3 | 32 г/дм3 |
NH4OH(25%) | 16,5 г/дм3 |
N2H4 гидрат | 0,25 г/дм3 |
При выборе соответствующего металла для электродов принимались во внимание следующие требования: приемлемая скорость разложения органических веществ в растворе отходов, относительно малые потери материала электрода в электрическом дуговом разряде, а также то, чтобы удаление металла, полученного из раствора, из растворяемых электродов, было достаточно легким. В ходе экспериментов были исследованы электроды, изготовленные из вольфрама, меди, титана, никеля, нержавеющей стали и нелегированного отожженного железа. эксперименты осуществлялись с использованием электродов с внутренним водяным охлаждением и без охлаждения. Эффект охлаждения не замечается, когда прикладывается однофазный переменный ток, но, когда используется трехфазный переменный ток, охлаждение предотвращает перегрев электродов.
В соответствии с экспериментами было доказано, что электроды из W имеют самую высокую скорость растворения, электроды из Cu имеют среднюю скорость растворения и способность к разложению EDTA, но осаждение меди из раствора после того, как разложение завершается, является сложным. Электроды из Ni демонстрируют наилучшие результаты как по скорости растворения, так и по способности к разложению EDTA, но подобно меди никель можно удалить из раствора только путем добавления дополнительного вещества. Электроды из Ti растворяются так же медленно, как и Ni, но имеют значительно более низкую способность к разложению EDTA. Значения, измеренные для нержавеющей стали и для нелегированного отожженного железа, являются практически одинаковыми. По сравнению с другими электродами они имеют удовлетворительную способность к разложению EDTA, при этом скорость растворения электрода остается довольно низкой. В качестве четкого преимущества электродов из нелегированного отожженного железа замечено, что железо, которое растворяется во время процедуры, может быть осаждено посредством подщелачивания настолько легко, насколько железо изначально содержится в растворе отходов. Гидроксид железа, присутствующий в растворе, благодаря разложению комплекса железа и растворению электродов хорошо оседает и может быть легко отфильтрован. В табл.1 приведены результаты по скорости разложения EDTA и относительной скорости растворения электрода (разрушенные моли EDTA/растворенные граммы электрода) для каждого металла электрода.
Таблица 1 | ||
Материал электрода | Скорость растворения электрода (разрушенные моли EDTA/граммы электрода) | Скорость разложения EDTA (моли EDTA/час) |
W | 0,003 | 0,003 |
Cu | 0,03 | 0,015 |
Ti | 0,3 | 0,003 |
Ni | 0,21 | 0,012 |
Нержавеющая сталь | 0,04 | 0,007 |
Fe | 0,032 | 0,006 |
Электроды из Fe, как показано, являются самыми лучшими как с точки зрения разложения EDTA, так и с точки зрения последующей обработки раствора отходов.
Было изучено влияние поверхности погруженных электродов как функции от эффективности разложения EDTA. Измерения осуществлялись в стеклянном сосуде с двойными стенками объемом 250 см3, который снабжен обратным холодильником. В ходе измерения два электрода из отожженного железа, диаметром 6 мм, на расстоянии друг от друга 1,5 см постепенно погружали в раствор шагами по 0,5 см. Диапазон измерения составлял 0,5-5 см. Ток, температуру и напряжение зажигания дугового разряда измеряли во время непрерывной работы. Как показывают результаты, ток увеличивается в линейной пропорции к площади погруженного электрода. При низких значениях погруженной поверхности электрический дуговой разряд развивается только на кончиках электродов, что приводит к низким значениям тока. При плотности тока меньшей, чем 0,5 А/см2, электрический дуговой разряд не возникает. Погружение большей поверхности электрода в раствор не дает значительного увеличения дугового разряда, но кипение становится более интенсивным, что вызывает более частые прерывания дугового разряда и увеличение расхода охладителя. Минимальное значение зажигания, при котором начинает развиваться электрический дуговой разряд, составляет 70 В.
Также изучалось воздействие геометрии поперечного сечения электрода на эффективность разложения EDTA. Были исследованы электроды с круговой и прямоугольной геометрией поперечного сечения с расстоянием между ними, равным 1,5 см. Диаметр электрода с круговым поперечным сечением равен 3 мм, 5 мм и 7 мм. Результаты экспериментов говорят о том, что при разложении EDTA более эффективными являются более тонкие, иглообразные электроды. Это является результатом более интенсивного и более стабильно поддерживающегося электрического дугового разряда, развивающегося вдоль поверхности электродов. Выбор размера электрода, тем не менее, определяется также и другими факторами, такими как экономическая эффективность, которая может сделать предпочтительным выбор электродов большего диаметра. Эксперименты с электродами прямоугольного поперечного сечения дают подобные же результаты, которые подтверждают, что при выборе поперечного сечения электрода геометрия поперечного сечения должна иметь относительно малое значение.
Также проводились измерения для определения оптимального расстояния между электродами. Были исследованы следующие значения расстояния: 14 мм, 20 мм, 28 мм, 40 мм и 60 мм. При увеличении расстояния между электродами ток уменьшается от 7 А до 5,5 А. Кроме того, при увеличении расстояния между электродами область электрического дугового разряда уменьшается, при 60 мм дуговой разряд формируется только у кончиков электродов.
Дальнейшие эксперименты проводились с использованием оптимальных значений параметров, установленных выше. Затем было изучено влияние начального значения pH на скорость разложения EDTA. Начальное значение pH сначала устанавливали равным 9. Поскольку наблюдалось уменьшение значения pH раствора во время разложения и, одновременно с этим, понижение скорости разложения EDTA, то исследовали, как увеличение начального значения pH должно повлиять на скорость реакции. Для увеличения pH раствора использовали NaOH. Результаты представлены в табл.2.
Таблица 2 | |||||
Начальное значение pH | Значение pH после 1 часа обработки | концентрация EDTA после 1 обработки (моль/л) | Степень удаления (%) | Потеря массы электрода (г/час) | Åc/Åm |
9 | 7,8 | 0,052 | 30 | 0,379 | 0,058 |
10 | 9,2 | 0,040 | 55 | 0,426 | 0,079 |
11 | 10,2 | 0,024 | 67 | 0,579 | 0,086 |
12 | 10,4 | 0,01 | 87 | 0,658 | 0,097 |
13 | 12,52 | 0,012 | 84 | 0,524 | 0,118 |
Как показывают результаты, эффективность разложения EDTA заметно увеличивается с ростом начального значения pH, но параллельно с этим также удваивается и растворение электродов из железа. Несколько более информативным показателем является отношение между изменением концентрации и скоростью потерь массы электрода (Åc/Åm). Увеличение этого отношения указывает на то, что система приближается к оптимальным рабочим параметрам. Максимальная эффективность разложения EDTA достигается при pH 13, но для достижения этого необходимо добавить слишком большое количество NaOH, и электрический дуговой разряд становится настолько интенсивным, что процесс становится трудно контролируемым. Принимая во внимание эти факторы, можно предположить, что эффективность разложения EDTA является оптимальной при начальном значении pH, равном 12.
Во время экспериментов было определено, что изменения pH раствора заметно влияют на эффективность разложения EDTA. Таким образом, важной целью последующих экспериментов являлось исследование того, как величина pH раствора изменяется во времени. Измерения показывают, что как концентрация EDTA, так и pH изменяются во времени экспоненциально и что эти две кривые являются очень сходными по форме. Скорость реакции значительно возрастает с увеличением начальной концентрации EDTA и начального значения pH. Из этого можно сделать вывод, что для управления процессом экономичным образом раствор должен постепенно концентрироваться по отношению к EDTA и значение pH раствора должно постепенно повышаться. Благодаря присутствию нитратов в растворе скорость растворения электродов со временем не возрастает.
В соответствии с настоящим изобретением для разложения органических материалов из водных растворов отходов используется и постоянный ток, и переменный ток. Для получения электрического дугового разряда на электродах эксперименты осуществлялись с использованием источников синусоидального и прямоугольного импульсного однофазного и трехфазного тока. В качестве модели использовали 300 мл "citrox", обычно используемого для очистки, который содержал 50 г/л лимонной кислоты и 50 г/л щавелевой кислоты. Для установления электропроводности и pH раствора использовали 0,1 моль/л нитрата натрия. Значение pH раствора составляло 1,6. Эксперимент осуществляли при плотности тока, равной 1 А/см2. Результаты эксперимента приведены в табл.3, которая содержит значения эффективности разложения как функции времени для постоянного тока 50 Гц синусоидального переменного тока и 1000 Гц прямоугольного импульсного переменного тока.
Таблица 3 | |||
Время (минуты) | Степень разложения (%) | ||
Постоянный ток | 50 Гц (синусоидальный) | 1000 Гц (прямоугольные импульсы) | |
0 | 0 | 0 | 0 |
50 | 31,67 | 39,44 | 47,5 |
75 | 42,22 | 51,94 | 65,28 |
100 | 50,28 | 61,94 | 76,39 |
200 | 67,78 | 84,17 | 98,61 |
300 | 77,22 | 94,17 | 100,00 |
400 | 79,72 | 97,5 | 100,00 |
500 | 81,11 | 99,17 | 100,00 |
Эксперименты показывают, что наряду с получением лучшей эффективности разложения использование переменного тока делает возможным формирование дугового разряда, а также более стабильной и надежной электрической дуги, чем получают с помощью постоянного тока.
Пример 1
Способ в соответствии с настоящим изобретением был использован для разложения содержимого Fe-EDTA и других органических материалов из растворов отходов, полученных при очистке парогенератора второго контура в ядерных силовых установках. Композиция и pH раствора были следующими:
Ион Fe-железо | 3,8 г/дм3 |
EDTA | 16,5 г/дм3 |
H3BO3 | 23 г/дм3 |
Na+ | 4,22 г/дм3 |
K+ | 0,35 г/дм3 |
NO3 - | 3,64 г/дм3 |
Плотность | 1,025 г/дм3 |
Содержание твердых продуктов | 56,04 г/дм3 |
pH | 9,10 |
Концентрация активных компонентов | |
51Cr | <2543 Бк/дм3 |
54Mn | 58500 Бк/дм3 |
59Fe | <846 Бк/дм3 |
58Co | 54100 Бк/дм3 |
134Cs | 18100 Бк/дм3 |
137Cs | 34900 Бк/дм3 |
110mAg | 3450 Бк/дм3 |
Эксперименты осуществляли в двух термостатированных стеклянных сосудах, имеющих объем 220 см3 и 1200 см3. Приложенное напряжение составляло 220 В/50 гц, диапазон значений тока составляет 5-8 А, и диапазон температур составляет 90-95°C. Электроды из отожженного железа, используемые для эксперимента, имели диаметр 7 мм при глубине погружения 2 см. Расстояние между электродами составляло 2 см в меньшем сосуде и 4 см в большем сосуде. К электродам постепенно прикладывали номинальное напряжение с использованием тороидального трансформатора. Изменения содержимого EDTA детектировали посредством титрования с помощью оксихлорида циркония. Скорость разложения EDTA изучали в исходном растворе, а также после того, как начальная концентрация раствора утраивается, и в исходном растворе после того, как повышается значение pH. Результаты экспериментов приведены в табл.4.
Таблица 4 | ||||||
Эксперимент № | Vo (см3) | pH0 | C°EDTA (моль/дм3 ) | CF EDTA (моль/дм3) | Скорость разложения EDTA (ммоль/час) | Потребление энергии (кВтч/дм3) |
1 | 220 | 9,1 | 0,057 | 0,0162 | 2,2 | 22,5 |
2 | 1200 | 9,1 | 0,057 | 0,0258 | 3,7 | 15,8 |
3 | 220 | 9,2 | 0,143 | 0,0150 | 4,7 | 42,3 |
4 | 1200 | 12,3 | 0,057 | 0,0156 | 6,2 | 13,5 |
Сравнивая эксперименты 1 и 3, можно четко увидеть, что в более концентрированном растворе эффективность разложения EDTA больше. В растворе с утроенной концентрацией скорость разложения EDTA более чем удваивается. Из сравнения результатов, полученных с помощью экспериментов 1 и 2, можно предположить, что большее количество EDTA соответствует большей эффективности разложения EDTA. Путем увеличения объема раствора в пять раз скорость разложения EDTA увеличивается в 1,7 от исходного значения (при этом pH остается постоянным). Основываясь на экспериментах 2 и 4, можно утверждать, что в щелочной среде разложение EDTA является более эффективным. Увеличение величины pH раствора от 9,1 до 12,3 приводит почти к удвоению скорости разложения EDTA.
Измерения активности раствора указывают на то, что во время разложения комплекса Fe-EDTA в результате установления pH и добавления перекиси водорода часть содержания марганца и, вероятно, все содержание серебра раствора осаждается вместе с гидроксидом железа. Концентрация высокоактивных изотопов (134Cs, 137Cs, 58Co, 60Co) остается практически постоянной.
Пример 2
После завершения лабораторных экспериментов были изучены свойства разложения EDTA, используя устройство большего размера, для получения дополнительных данных для конструирования сложных устройств промышленного масштаба, предназначенных для разложения органического содержимого.
Для увеличения эффективности разложения EDTA количество электродов было увеличено. Это привело к получению более однородного электрического поля и позволило увеличить напряжение, приложенное к электродам. Увеличение прохождения тока в системе делает необходимым применение трехфазной системы для достижения более однородной нагрузки силовой сети. Система содержит буферную емкость, подсоединенную к 2 дм3 реактору. Раствор циркулирует из буферной емкости в реактор и обратно через узел предварительного охлаждения с использованием центробежного насоса. Перед поступлением в реактор к циркулирующему раствору добавляли перекись водорода. Объем раствора поддерживали постоянным посредством обратного холодильника, присоединенного к реактору.
Во время процесса использовалась квадратная решетка из 9 электродов, при этом по 3 электрода были подключены к каждой фазе силовой сети. Расстояние между соседними электродами составляло 4 см. Поскольку соседние электроды присоединяются к различным фазам силовой цепи, напряжение между электродами является максимальным. Композиция исследуемого раствора была идентичной той, которая используется в примере 1. Начальное значение pH0 составляло 9,0. Во время стационарной работы температура составляет 97°C, при этом ток на электроде составлял 9-10 А, а ток на одну фазу силовой сети 27-30 А. Раствор перекиси водорода с концентрацией 30% вводился со скоростью 20 см3/час. Результаты эксперимента приведены в табл.5.
Таблица 5 | ||||||
V0 (см3) | pH° | pHF | C°EDTA (моль/дм3) | CF EDTA (моль/дм3) | Скорость разложения EDTA (ммоль/час) | Потребление энергии (кВтч/дм3) |
4 | 9,0 | 9,5 | 0,083 | 0,008 | 60 | 24,8 |
Сравнивая результаты проведенного эксперимента с результатами, полученными в эксперименте лабораторного масштаба, можно сделать вывод, что как потребление энергии при разложении, так и конечная концентрация EDTA (CF EDTA) являются значительно более низкими, в эксперименте, где применяют трехфазный ток и инжекцию перекиси водорода, чем в эксперименте лабораторного масштаба, с той же продолжительностью. Эксперименты показывают, что удельное потребление энергии разложения EDTA уменьшается при увеличении объема раствора отходов, который повышает количество EDTA.
Пример 3
На основе результатов лабораторных экспериментов разложение органических материалов в 450 м3 раствора отходов осуществлялось в две стадии с использованием устройства, показанного на чертеже. На первой стадии раствор концентрировали и осуществляли главное разложение EDTA. Ограничение, препятствующее дальнейшему концентрированию раствора, обусловлено содержанием борной кислоты. Разложение EDTA интенсифицировали путем добавления перекиси водорода. На первой стадии удаляли 70-75% исходного содержания EDTA с использованием проточного реактора непрерывного разложения.
На второй стадии для разложения EDTA использовали загрузочный реактор с конечной степенью удаления EDTA 96,5%. Скорость разложения EDTA во втором контуре повышали путем введения NaOH в буферную емкость.
Суспензия гидроксида железа, преципитировавшего во время разложения EDTA, удаляли на центрифуге. Параметры, используемые во время разложения EDTA:
Напряжение | 380 В |
Ток | 3×350 А |
Время обработки | 4000 час |
Потребление энергии | 1-1,2 ГВтч |
Потери железного электрода | 600-800 кг |
NaOH | 5000-5500 кг |
H2O2 | 10-12 м3 |
Устройство для осуществления способа подводного разложения органического содержимого электропроводных растворов отходов в соответствии с настоящим изобретением содержит проточный контур 16 (чертеж) непрерывного разложения и контур 17 разложения, работающий в загрузочном режиме. В проточном контуре 16 непрерывного разложения главный реактор 6 разложения, буферная емкость 5, фильтр 9, питатель 12 и циркуляционный насос 10 соединены посредством трубопроводов. Буферная емкость 5 проточного контура 16 непрерывного разложения соединена с питающей емкостью 1 для исходных материалов посредством регулировочного узла 18 и подающего насоса 4. Емкость 2 раствора для предварительной обработки соединена с регулировочным узлом 18 также через подающий насос. Питатель 12 проточного контура 16 непрерывного разложения соединен с емкостью 3 для окислителя через подающий насос 4. Электроды погружаются в главный реактор 6 разложения, снабженный переливом 14. Внутреннее пространство главного реактора 6 разложения соединено с конденсатором 13. Вода, конденсирующаяся в конденсаторе 13, может быть откачана или, альтернативно, возвращена в буферную емкость 5. Электроды главного реактора 6 разложения соединены с источником тока, подающим симметричный переменный ток.
Конфигурация контура 17 разложения, работающего в загрузочном режиме, идентична конфигурации проточного контура 16 непрерывного разложения. Контур 17 разложения, работающий в загрузочном режиме, содержит загрузочный реактор 7 для последующего разложения, буферную емкость 5, фильтр 9 и питатель 11 и соединена с емкостью-хранилищем 8 посредством трубопровода. Буферная емкость 5 контура 17 разложения соединена с буферной емкостью 5 проточного контура 16 непрерывного разложения, в то время как питатель 11 контура 17 разложения соединен с емкостью 3 для окислителя через подающий насос 4. Конденсатор 13 соединен с загрузочным реактором 7, при этом вода, конденсирующаяся в нем, возвращается частично или полностью в загрузочный реактор 7.
Работа устройства согласно настоящему изобретению осуществляется следующим образом.
Раствор, подлежащий обработке, вводится из емкости для раствора отходов в питающую емкость 1 (чертеж) для исходных материалов с помощью подающего насоса, работающего в загрузочном режиме. Подающий насос приводится в действие с помощью детектора уровня, который предохраняет питающую емкость 1 для исходных материалов от переполнения или опустошения. После того как раствор отходов вводится в питающую емкость 1 для исходных материалов, подающий насос 4 подает его в регулировочный узел 18, где pH и электропроводность раствора устанавливаются равными экспериментально определенным оптимальным значениям, посредством добавления раствора для предварительной обработки, вводимого из емкости 2 раствора для предварительной обработки, с помощью насоса 4. В качестве раствора для предварительной обработки может быть использован гидроксид натрия, гидроксид калия или гидроксид лития. Затем предварительно обработанный раствор вводится в буферную емкость 5 проточного контура 16 непрерывного разложения. Объем флюида, поступающего в буферную емкость 5, устанавливается с использованием известной в данной области системы измерения и контроля. Затем раствор вводится в питатель 12 посредством циркуляционного насоса 10 через фильтр 9, при этом клапан 20 закрыт, а клапан 21 открыт. Фильтр 9 осуществляет удаление твердого материала, который изначально содержал раствор или который образуется во время установления pH и/или электропроводности раствора. В питателе 12 окислитель вводится в раствор с заданной скоростью дозирования, которая устанавливается в предварительных экспериментах. Окислитель может быть либо органическим, либо неорганическим, а также может представлять собой их сочетания. В качестве окислителя могут быть использованы водный раствор перекиси водорода, пероксидисульфата аммония, гипохлорита натрия, бензоил пероксида или их смесь. Разложение органического содержимого также может осуществляться без окислителя.
Когда раствор выводится из питателя 12, циркуляционный насос 10 вводит его в главный реактор 6 разложения. В главном реакторе 6 разложения электроды погружаются в раствор, при этом электроды присоединены к источнику 19 тока. В главном реакторе 6 разложения нагреваемый током раствор достигает оптимальной температуры и между электродами и раствором формируется электрический дуговой разряд. Разумеется, раствор может быть предварительно нагрет с помощью других средств. Электрический дуговой разряд между раствором и электродами разлагает органическое содержимое раствора отходов и вызывает кипение флюида. Пары воды, образующиеся в реакторе, вводятся в конденсатор 13, где они охлаждаются. Затем сконденсировавшаяся вода частично или полностью возвращается в главный реактор 6 разложения. Процент воды, который должен быть возвращен, может регулироваться путем выбора степени открывания клапанов 22 и 23. Путем уменьшения процента возвращенной сконденсировавшейся воды даже до нуля может быть выбрана оптимальная концентрация органических материалов для раствора.
Раствор отходов непрерывно циркулирует в проточном контуре 16 непрерывного разложения посредством циркуляционного насоса 10, так что раствор вводится через перелив 14 главного реактора 6 разложения в буферную емкость 5. Уровень раствора в емкости 5 задается путем установления отношения вводимого и откачиваемого флюида или возврата конденсата для достижения стационарной оптимальной концентрации в системе. Раствор имеет оптимальную концентрацию, если его массовый поток равен разности вводимого и откачиваемого потоков.
Когда достигается оптимальная концентрация, раствор вводится в контур 17 разложения, работающий в загрузочном режиме, через трубу перелива емкости 5 для буфера после открывания клапана 24. В контуре 17 разложения раствор отходов вводится в загрузочный реактор 7 для последующего разложения через фильтр 9 и питатель 11 с помощью циркуляционного насоса 10, при этом клапан 25 закрыт, а клапан 26 открыт. Роль фильтра 9 и питателя 11 идентична роли их аналогов в проточном контуре непрерывного разложения. Раствор отходов протекает обратно в буферную емкость 5 из загрузочного реактора 7 через перелив 15. Процесс начинается в контуре 17 разложения, работающем в загрузочном режиме, сразу после того, как буферная емкость 5 заполняется через трубу перелива 14 проточного контура 16 непрерывного разложения.
Загрузочный реактор 7 для последующего разложения, а также его электроды и источник тока идентичны по структуре аналогам главного реактора 6 разложения. Электрический дуговой разряд, формирующийся в загрузочном реакторе 7, между погруженными электродами и раствором отходов, разлагает остаточное содержание органических веществ в растворе и вызывает кипение флюида. Пары воды, образующиеся в реакторе, охлаждаются в конденсаторе 13. Сконденсировавшаяся вода частично возвращается через клапан 27, а ее остаток откачивается через клапан 28. В загрузочном реакторе 7 разложение органических материалов осуществляется при оптимальной концентрации органических веществ. Для поддержания постоянной концентрации органических веществ, по мере того, как происходит разложение органических материалов и количество органических материалов уменьшается, количество воды также уменьшается путем откачки части сконденсировавшейся воды из системы.
Контур 17, работающий в загрузочном режиме, работает до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень разложения органических веществ.
Эксперименты показывают, что в проточном контуре 16 непрерывного разложения может быть достигнута степень разложения органических веществ 70-75%, в то время как в контуре, работающем в загрузочном режиме, она увеличивается до 96,5%. Эффективность этого способа может быть дополнительно увеличена путем продолжительной работы.
Альтернативно, способ может осуществляться путем циркуляции раствора отходов только в одном контуре 17 разложения, работающем в загрузочном режиме. Способ с одним контуром может быть использован для разложения органического содержимого из раствора отходов, не содержащих EDTA. В этом случае, эффективность разложения органических материалов будет более низкой.
Список обозначений
1 - питающая емкость для исходных материалов
2 - емкость раствора для предварительной обработки
3 - емкость для окислителя
4 - подающий насос
5 - буферная емкость
6 - главный реактор разложения
7 - загрузочный реактор
8 - емкость-хранилище
9 - фильтр
10 - циркуляционный насос
11 - питатель
12 - питатель
13 - конденсатор
14 - труба перелива
15 - труба перелива
16 - проточный контур непрерывного разложения
17 - контур разложения, работающий в загрузочном режиме
18 - регулировочный узел
19 - источник тока
20 - клапан
21 - клапан
22 - клапан
23 - клапан
24 - клапан
25 - клапан
26 - клапан
27 - клапан
28 - клапан
Claims (16)
1. Способ для подводного разложения органического содержимого водных растворов отходов, заключающийся в том, что измеряют и, при необходимости, изменяют путем добавления раствора для предварительной обработки значения рН и электропроводности раствора, поддерживают оптимальное значение рН и/или электропроводности во время процесса, и осуществляют полное или частичное разложение органического содержимого раствора, отличающийся тем, что погружают в раствор электроды, формируют и поддерживают между электродами и проводящим электричество раствором электродуговой разряд путем приложения электрического тока с плотностью тока по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении по меньшей мере 70 В, и приложения симметричного переменного тока частотой по меньшей мере 10 Гц, при этом осуществляют разложение органического содержимого раствора на воду, двуокись углерода и азот.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют гидроксид натрия в качестве раствора для предварительной обработки для изменения рН раствора отходов.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что величину рН раствора отходов, содержащего EDTA, устанавливают в пределах от 8 до 13.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора для предварительной обработки, используемого для изменения рН раствора отходов, используют фосфорную кислоту.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора для предварительной обработки для подбора электропроводности раствора отходов используют сульфат натрия.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора для предварительной обработки для изменения рН и электропроводности раствора отходов используют нитрат натрия.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что к раствору отходов добавляют окислитель для ускорения разложения органических материалов.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перекись водорода.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют пероксидисульфат аммония или нитрат натрия.
10. Устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов, содержащее питающую емкость (1) для исходных материалов, по меньшей мере, один контур (17) разложения и емкость-хранилище (8), причем питающая емкость (1) для исходных материалов и емкость-хранилище (8) присоединены к контуру (17) разложения через подающий насос (4), а контур (17) разложения соединен с емкостью (2) раствора для предварительной обработки через регулировочный узел (18) и подающий насос (4), при этом контур (17) разложения содержит электроды, погруженные в раствор отходов и соединенные с источником (19) тока, отличающееся тем, что оно содержит контур (17) разложения, работающий в загрузочном режиме и содержащий загрузочный реактор (7) для последующего разложения, буферную емкость (5) и циркуляционный насос (10), оросительный конденсатор (13), присоединенный к загрузочному реактору (7), предназначенный для конденсации, по меньшей мере, частичного возврата в загрузочный реактор (7) паров, которые в нем образуются, при этом электроды погружены в раствор отходов в загрузочном реакторе (7) и подключены к источнику (19) тока, подающему электрический ток с плотностью по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении по меньшей мере 70 В, что достаточно для создания и поддерживания электродугового разряда между электродами и раствором отходов, при этом источник (19) тока предназначен для создания симметричного переменного тока, частотой по меньшей мере 10 Гц.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что емкость (3) с окислителем присоединена к контуру (17) разложения, работающему в загрузочном режиме, через питатель (11) и подающий насос (4).
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный проточный контур (16) непрерывного разложения, который содержит главный реактор (6) разложения, буферную емкость (5) и циркуляционный насос (10) и подключен между контуром (17) разложения и питающей емкостью (1) для исходных материалов так, что проточный контур (16) непрерывного разложения соединен с емкостью (2) раствора для предварительной обработки через средства (18) регулировки, оросительный конденсатор (13), присоединенный к главному реактору (6) разложения и предназначенный для конденсации и, по меньшей мере, частичного возврата в главный реактор (6) разложения паров, которые в нем образуются, при этом электроды погружены в раствор отходов в главном реакторе (6) разложения и подключены к источнику (19) тока, подающему электрический ток с плотностью по меньшей мере 0,5 А/см2, при напряжении, по меньшей мере, 70 В, что достаточно для создания и поддерживания электродугового разряда между электродами и раствором отходов, при этом источник (19) тока предназначен для создания симметричного переменного тока, частотой по меньшей мере 10 Гц.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что емкость (3) для окислителя присоединена к проточному контуру (16) непрерывного разложения через питатель (12) и подающий насос (4).
14. Устройство по любому из пп.10-13, отличающееся тем, что контур (17) разложения, работающий в загрузочном режиме, и/или проточный контур (16) непрерывного разложения содержит встроенный фильтр (9).
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что электроды подключены к однофазному источнику (19) переменного тока.
16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что электроды присоединены к трехфазному источнику переменного тока.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
HUPO102986 | 2001-07-17 | ||
HUP0102986 | 2001-07-17 | ||
HU0102986A HU224394B1 (hu) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | Eljárás és berendezés elektromosan vezetõképes, vizes hulladékoldatok szervesanyag-tartalmának víz alatti elbontására |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004104462A RU2004104462A (ru) | 2005-06-27 |
RU2286949C2 true RU2286949C2 (ru) | 2006-11-10 |
Family
ID=89979529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004104462/15A RU2286949C2 (ru) | 2001-07-17 | 2002-07-16 | Способ и устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7678238B2 (ru) |
EP (1) | EP1406843B1 (ru) |
JP (1) | JP3841788B2 (ru) |
KR (1) | KR100757516B1 (ru) |
CN (1) | CN1297494C (ru) |
CA (1) | CA2449529C (ru) |
DE (1) | DE60203393T2 (ru) |
ES (1) | ES2236544T3 (ru) |
HU (1) | HU224394B1 (ru) |
NO (1) | NO326498B1 (ru) |
RU (1) | RU2286949C2 (ru) |
UA (1) | UA76989C2 (ru) |
WO (1) | WO2003008340A1 (ru) |
ZA (1) | ZA200309503B (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597242C1 (ru) * | 2015-04-13 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Способ очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4678250B2 (ja) * | 2005-07-08 | 2011-04-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 試料液の溶解処理装置および溶解処理方法 |
CZ298249B6 (cs) * | 2006-02-20 | 2007-08-01 | Ecosource S. R. O. | Zpusob zplynování biochemických a chemických látek s vyuzitím elektrického oblouku a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
EP2065700A1 (en) * | 2006-10-17 | 2009-06-03 | Shimadzu Corporation | Apparatus for determining total organic carbon |
DE102008048691A1 (de) * | 2008-07-07 | 2010-01-14 | Areva Np Gmbh | Verfahren zur Konditionierung einer bei der nasschemischen Reinigung konventioneller oder nukleartechnischer Anlagen anfallenden, organische Substanzen und Metalle in ionischer Form enthaltenden Abfalllösung |
CN102910709B (zh) * | 2012-11-01 | 2014-06-04 | 中国地质大学(武汉) | 一种对有机污染地下水的原位修复方法 |
KR101933258B1 (ko) * | 2015-02-05 | 2019-03-15 | 한국기초과학지원연구원 | 다공질 유전체를 포함하는 플라즈마 발생원 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4582004A (en) * | 1983-07-05 | 1986-04-15 | Westinghouse Electric Corp. | Electric arc heater process and apparatus for the decomposition of hazardous materials |
JPH0768267A (ja) * | 1993-09-06 | 1995-03-14 | Ryoda Sato | アーク処理装置およびアーク水の製造方法 |
US5399247A (en) * | 1993-12-22 | 1995-03-21 | Eastman Kodak Company | Method of electrolysis employing a doped diamond anode to oxidize solutes in wastewater |
US5464513A (en) * | 1994-01-11 | 1995-11-07 | Scientific Utilization, Inc. | Method and apparatus for water decontamination using electrical discharge |
DE69613241T2 (de) | 1995-12-20 | 2001-11-08 | Alcan Int Ltd | Thermalplasmareaktor und abwasserbehandlungsmethode |
GB9713856D0 (en) * | 1997-07-01 | 1997-09-03 | Morgan Philip G | Tangential cross-flow electroflocculation |
-
2001
- 2001-07-17 HU HU0102986A patent/HU224394B1/hu active IP Right Revival
-
2002
- 2002-07-16 UA UA2004010353A patent/UA76989C2/uk unknown
- 2002-07-16 KR KR1020037016176A patent/KR100757516B1/ko active IP Right Grant
- 2002-07-16 CA CA2449529A patent/CA2449529C/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-07-16 US US10/482,960 patent/US7678238B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-07-16 WO PCT/HU2002/000068 patent/WO2003008340A1/en active IP Right Grant
- 2002-07-16 JP JP2003513904A patent/JP3841788B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-07-16 RU RU2004104462/15A patent/RU2286949C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2002-07-16 DE DE60203393T patent/DE60203393T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-07-16 CN CNB02814452XA patent/CN1297494C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-07-16 EP EP02749139A patent/EP1406843B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-07-16 ES ES02749139T patent/ES2236544T3/es not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-12-08 ZA ZA200309503A patent/ZA200309503B/xx unknown
-
2004
- 2004-01-16 NO NO20040196A patent/NO326498B1/no not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597242C1 (ru) * | 2015-04-13 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Способ очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003008340A1 (en) | 2003-01-30 |
HU0102986D0 (en) | 2001-09-28 |
NO326498B1 (no) | 2008-12-15 |
DE60203393T2 (de) | 2005-09-15 |
DE60203393D1 (de) | 2005-04-28 |
US7678238B2 (en) | 2010-03-16 |
CN1533364A (zh) | 2004-09-29 |
EP1406843A1 (en) | 2004-04-14 |
HUP0102986A2 (hu) | 2003-02-28 |
US20040238456A1 (en) | 2004-12-02 |
EP1406843B1 (en) | 2005-03-23 |
NO20040196L (no) | 2004-01-16 |
UA76989C2 (en) | 2006-10-16 |
KR20040023617A (ko) | 2004-03-18 |
JP2004534654A (ja) | 2004-11-18 |
ZA200309503B (en) | 2004-07-28 |
JP3841788B2 (ja) | 2006-11-01 |
KR100757516B1 (ko) | 2007-09-11 |
CA2449529C (en) | 2010-10-19 |
RU2004104462A (ru) | 2005-06-27 |
CN1297494C (zh) | 2007-01-31 |
CA2449529A1 (en) | 2003-01-30 |
HU224394B1 (hu) | 2005-08-29 |
ES2236544T3 (es) | 2005-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kashefialasl et al. | Treatment of dye solution containing colored index acid yellow 36 by electrocoagulation using iron electrodes | |
JP4671743B2 (ja) | アンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法及び装置 | |
US4383901A (en) | Method for removing metal ions and other pollutants from aqueous solutions and moist gaseous streams | |
EP1167298B1 (en) | Method and apparatus for treating aqueous medium | |
RU2286949C2 (ru) | Способ и устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов | |
Cañizares et al. | Electrochemical oxidation of wastewaters polluted with aromatics and heterocyclic compounds: A comparison with other AOPs | |
CN113620389B (zh) | 一种电协同氧化反应处理废水的方法及装置 | |
JP3783972B2 (ja) | シアン含有水の処理方法 | |
JP6649988B2 (ja) | 飲用水処理におけるハロゲン含有副生成物の発生の制御方法 | |
JP3984414B2 (ja) | Nh3含有廃水処理装置および処理方法 | |
JP5228242B2 (ja) | 硝酸塩含有液体の処理方法、および処理装置 | |
JP2003164877A (ja) | 窒素処理方法 | |
Zabulonov et al. | Plasmachemical plant for NPP drain water treatment | |
JP3840073B2 (ja) | 化学除染液の処理方法及びその装置 | |
JPH09234471A (ja) | 有機窒素化合物を含有する廃液の処理方法 | |
GB2212515A (en) | Treatment of aqueous radioactive waste solutions | |
Козлов et al. | The use of electro-technological methods of purification of organic manure | |
JPH09239371A (ja) | エタノールアミン含有希塩酸廃液の処理法 | |
JPS61231496A (ja) | 放射性金属廃棄物の除染方法 | |
Kawada et al. | Combined of dielectric barrier discharge and electrolysis methods to generate nitrogen compounds in aqueous solution from room air | |
Priya et al. | Removal of total dissolved solids with simultaneous recovery of acid and alkali using bipolar membrane electrodialysis–Application to RO reject of textile effluent | |
JPH06136549A (ja) | めっき老化液中の次亜りん酸イオンの処理方法 | |
KR19980046893A (ko) | 폐가스중의 오존 제거방법 | |
NO124923B (ru) | ||
RU2024993C1 (ru) | Способ очистки изделий, преимущественно полупроводниковых пластин |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150717 |