RU2295499C2

RU2295499C2 - Method of purification and decontamination of waste water

Info

Publication number: RU2295499C2
Application number: RU2005116417/15A
Authority: RU
Inventors: Иван Флегонтович Суворов (RU); Иван Флегонтович Суворов; Алексей Васильевич Миткус (RU); Алексей Васильевич Миткус; Ксени Анатольевна Лапшакова (RU); Ксения Анатольевна Лапшакова; Олег Александрович Янов (RU); Олег Александрович Янов; Виктор Михайлович Ковалевский (RU); Виктор Михайлович Ковалевский; Максим Иванович Суворов (RU); Максим Иванович Суворов
Original assignee: Читинский государственный университет (ЧитГУ)
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2007-03-20
Also published as: RU2005116417A

Abstract

FIELD: ecology; purification and decontamination of waste water.

SUBSTANCE: proposed method includes treatment of water-and-gas mixture by electric discharges in chamber equipped with dielectric membrane with holes which is located between upper electrode made in form of plate with metal insulated pointed rods secured on it and lower electrode made in form of metal plate with holes on which additional U-shaped electrode is mounted; branches of this electrode pass through holes in dielectric membrane. Treatment with electric discharges is performed at voltage of 700-900 V and frequency of 50 Hz fed to upper and lower electrodes; air is supplied for maintenance of air-to-water volume ratio of 2:1; air is supplied through branch pipe mounted under plate made from fine-pore material and mounted under lower electrode.

EFFECT: enhanced efficiency, reliability; increased rate of decontamination and purification of waste water.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области экологии и предназначено для очистки и обеззараживания сточных вод.The invention relates to the field of ecology and is intended for the treatment and disinfection of wastewater.

Известен способ (пат. №2178390, РФ, МПК С 02 F 1/48, 1999 г.), в котором обработку сточных вод осуществляют в режиме короткого замыкания трибоэлектрического поля электродов, один из которых выполнен с диэлектрической поверхностью. Водный раствор при этом вращают в межэлектродном пространстве.A known method (US Pat. No. 2178390, Russian Federation, IPC C 02 F 1/48, 1999), in which the wastewater treatment is carried out in the short circuit mode of the triboelectric field of the electrodes, one of which is made with a dielectric surface. The aqueous solution is rotated in the interelectrode space.

Известен способ (пат. №2178774, РФ, МПК С 02 F 1/48, 2000 г.), в котором обработку воды осуществляют в устройстве, которое содержит корпус с узлом создания водовоздушной смеси, расположенные под ним высоковольтные и заземленные электроды, емкость для сбора обработанной воды.The known method (US Pat. No. 2178774, RF, IPC C 02 F 1/48, 2000), in which the water is treated in a device that contains a housing with a unit for creating a water-air mixture, high-voltage and grounded electrodes located under it, a container for collecting treated water.

Известен способ (пат. №2189361, РФ, МПК С 02 F 1/46, 2000 г.), в котором обработку воды электрическими разрядами осуществляют в устройстве, которое содержит камеру смешения воды с озоновоздушной смесью, совмещенную с эжекторным насосом, систему прокачки воды и воздуха, высоковольтный генератор, камеру синтеза озона, корпусом которой является внешний полый электрод, внутри которого установлен внутренний электрод, имеющий продольное отверстие для прокачки воды.The known method (US Pat. No. 2189361, RF, IPC C 02 F 1/46, 2000), in which the treatment of water with electric discharges is carried out in a device that contains a chamber for mixing water with an ozone-air mixture, combined with an ejector pump, a water pumping system and air, a high-voltage generator, an ozone synthesis chamber, the casing of which is an external hollow electrode, inside which an internal electrode is installed, having a longitudinal hole for pumping water.

Недостатками вышеперечисленных способов обработки воды являются низкая эффективность очистки и производительность, недостаточно высокая степень обеззараживания.The disadvantages of the above methods of water treatment are low cleaning efficiency and productivity, not a high degree of disinfection.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ (SU №785212, С 02 F 1/48, 07.12.80), включающий обработку водогазовой смеси электрическими разрядами напряжением 700-900 В частотой 50 Гц. Для выполнения способа воду смешивают с озоновоздушной смесью и в специальном реакторе обрабатывают переменным электрическим током за счет подачи на металлические электроды, погруженные в обрабатываемую жидкость, переменного тока.The closest in technical essence to the proposed solution is a method (SU No. 785212, C 02 F 1/48, 07.12.80), comprising processing the gas-water mixture with electric discharges with a voltage of 700-900 V at a frequency of 50 Hz. To perform the method, water is mixed with an ozone-air mixture, and in a special reactor it is treated with alternating electric current by supplying alternating current to the metal electrodes immersed in the liquid being treated.

Недостатками известного способа являются низкая эффективность, надежность, скорость обеззараживания и очистки сточных вод.The disadvantages of this method are low efficiency, reliability, speed of disinfection and wastewater treatment.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности, надежности, скорости обеззараживания и очистки сточных вод.The technical result of the invention is to increase the efficiency, reliability, speed of disinfection and wastewater treatment.

Результат достигается тем, что в способе очистки и обеззараживания сточных вод, включающем обработку водогазовой смеси электрическими разрядами, обработку осуществляют в камере, снабженной диэлектрической мембраной с отверстиями, расположенной между верхним электродом, выполненным в виде пластины с закрепленными на ней металлическими изолированными стержнями, заостренными с торца, и нижним электродом, выполненным в виде металлической пластины с отверстиями, на котором установлен дополнительный

- образный электрод, ветви которого проходят через отверстия диэлектрической мембраны, при этом обработку электрическими разрядами осуществляют при напряжении 700-900 В частотой 50 Гц, подаваемом на верхний и нижний электроды, а подачу воздуха для поддержания объемного соотношения воды к воздуху 2:1 осуществляют через патрубок подвода воздуха, расположенный под пластиной из мелкопористого материала, установленной под нижним электродом.The result is achieved in that in the method of purification and disinfection of wastewater, including the treatment of a water-gas mixture with electric discharges, the processing is carried out in a chamber equipped with a dielectric membrane with holes located between the upper electrode, made in the form of a plate with metal insulated rods fixed on it, pointed with end, and the lower electrode, made in the form of a metal plate with holes, on which an additional

- a shaped electrode, the branches of which pass through the holes of the dielectric membrane, while the treatment with electric discharges is carried out at a voltage of 700-900 V at a frequency of 50 Hz supplied to the upper and lower electrodes, and the air supply is maintained through a 2: 1 volume ratio of water to air through an air supply nozzle located under a plate of finely porous material mounted under the lower electrode.

Заявляемый способ заключается в следующем: обрабатываемая сточная вода насыщается воздухом в соотношении 2:1, вследствие чего создаются воздушные пузырьки, наличие которых уменьшает предпробивное время, т.е. способствует зажиганию объемного разряда. При приложении напряжения 700-900 В частотой 50 Гц создается электрическое поле, под воздействием которого на

-образном электроде создаются мелкие воздушные пузырьки, затем эти пузырьки удлиняются вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении. Сжатие пузырька означает, что вблизи экватора пузырька действуют сжимающие диэлектрофоретические силы, т.е. пузырек ведет себя как диэлектрик, поле внутри него не искажено или слабо искажено. Затем пузырек увеличивается во всех направлениях. Значительная деформация во всех направлениях означает, что на поверхность пузырька действуют не только кулоновские силы, но и что давление внутри пузырька увеличено, что связано с ионизационными процессами. Статическое время запаздывания в этом случае определяется условиями для создания первичного стримера, который вылетает из кончика одного из пузырьков (фиг.1). Далее стримеры заполняют собой полусферу. Образование стримеров сопровождается ударными волнами, центром которых является то же место, что и место зарождения стримеров, т.е. кончик пузырька. Когда ударные волны доходят до конца стримерной зоны, первичные стримеры исчезают, а из места остановки зарождаются новые вееры стримеров. При развитии канала стримера поверхность пузырьков оказывается заряженной, развивается объемный разряд по поверхности пузырьков. Одновременно на отверстиях диэлектрической мембраны локализуется тлеющий разряд. Обработка стоков осуществляется двумя видами разрядов. В результате воздействия двух видов электрических разрядов в двухфазной среде генерируется озон, ряд активных частиц (радикал ОН, атомарный кислород, активные молекулы и возбужденные частицы). Созданные в достаточных количествах эти частицы в результате последующих превращений способны разложить любое органическое вещество вплоть до полной минерализации. Дополнительно происходит жесткое ультрафиолетовое излучение плазмы, способствующее обеззараживанию воды. Распространению излучения способствуют воздушные пузырьки, играющие роль линз. Также в процессе развития электрического пробоя в воде образуется мощная ударная волна, оказывающая дополнительное бактерицидное воздействие. Поскольку все воздействия осуществляются одновременно, то наблюдается синергетический эффект. Это означает, что одновременное воздействие значительно эффективнее, чем сумма отдельных воздействий.The inventive method consists in the following: the treated wastewater is saturated with air in a ratio of 2: 1, as a result of which air bubbles are created, the presence of which reduces the breakdown time, i.e. contributes to the ignition of a volume discharge. When a voltage of 700-900 V is applied at a frequency of 50 Hz, an electric field is created, under the influence of which

A small electrode creates small air bubbles, then these bubbles elongate along the field, decreasing in the transverse direction. Compression of the bubble means that compressive dielectrophoretic forces act near the equator of the bubble, i.e. the bubble behaves like a dielectric, the field inside it is not distorted or slightly distorted. Then the bubble increases in all directions. Significant deformation in all directions means that not only Coulomb forces act on the surface of the bubble, but also that the pressure inside the bubble is increased, which is associated with ionization processes. The static delay time in this case is determined by the conditions for creating a primary streamer that flies out from the tip of one of the bubbles (Fig. 1). Then streamers fill the hemisphere. The formation of streamers is accompanied by shock waves, the center of which is the same place as the place of origin of streamers, i.e. the tip of the bubble. When the shock waves reach the end of the streamer zone, the primary streamers disappear, and new streamer fans begin to form from the stopping point. With the development of the streamer channel, the surface of the bubbles appears to be charged, and a volume discharge develops along the surface of the bubbles. At the same time, a glow discharge is localized at the holes of the dielectric membrane. Wastewater treatment is carried out by two types of discharges. As a result of the influence of two types of electric discharges in a two-phase medium, ozone, a number of active particles (OH radical, atomic oxygen, active molecules and excited particles) are generated. Created in sufficient quantities, these particles as a result of subsequent transformations are able to decompose any organic matter up to complete mineralization. Additionally, hard ultraviolet radiation of the plasma occurs, which contributes to the disinfection of water. The propagation of radiation is facilitated by air bubbles, which play the role of lenses. Also, during the development of electrical breakdown in water, a powerful shock wave is formed, which has an additional bactericidal effect. Since all effects are carried out simultaneously, a synergistic effect is observed. This means that simultaneous exposure is much more effective than the sum of the individual impacts.

Предложенный способ позволяет повысить эффективность обработки воды из-за многофакторного воздействия, а также из-за большой поверхности образования электрического плазменного и тлеющих разрядов. Надежность и безопасность повышаются за счет использования вместо озона воздуха для приготовления водогазовой смеси.The proposed method allows to increase the efficiency of water treatment due to multifactorial effects, as well as due to the large surface of the formation of electric plasma and glow discharges. Reliability and safety are enhanced by using air instead of ozone to prepare a water-gas mixture.

Способ реализуется устройством для очистки и обеззараживания сточных вод, изображенным на фиг.2.The method is implemented by the device for cleaning and disinfecting wastewater, shown in figure 2.

Как показано на фиг.2, устройство содержит камеру 1 для обработки жидкости (геометрическая форма и размеры определяются исходя из местных условий очистных сооружений), выполненную из изоляционного материала. Внутри установлены два электрода: верхний 2 и нижний 3, причем первый выполнен в виде пластины с закрепленными на ней металлическими изолированными стержнями, заостренными с торца, второй представляет собой металлическую пластину с отверстиями. Между электродами расположена диэлектрическая мембрана 4 с отверстиями, изготовленная из изоляционного материала, например фторопласта. Под нижним электродом 3 установлена пластина 5 из мелкопористого материала. В нижней части устройства расположен патрубок 6 для подачи воздуха под давлением. На нижнем электроде установлен дополнительный

-образный электрод 7, который проходит через отверстия диэлектрической мембраны. Патрубок для подачи воды 8 расположен в верхней части устройства. Источник питания 9 состоит из силового трансформатора частотой 50 Гц и регулировочного автотрансформатора.As shown in figure 2, the device contains a chamber 1 for processing liquid (geometric shape and dimensions are determined based on local conditions of treatment facilities) made of insulating material. Two electrodes are installed inside: the upper 2 and lower 3, the first made in the form of a plate with metal insulated rods fixed on it, pointed at the end, the second is a metal plate with holes. Between the electrodes is a dielectric membrane 4 with holes made of an insulating material, such as fluoroplastic. A plate 5 of finely porous material is mounted under the lower electrode 3. At the bottom of the device there is a pipe 6 for supplying air under pressure. An additional electrode is installed on the bottom electrode.

-shaped electrode 7, which passes through the holes of the dielectric membrane. A pipe for supplying water 8 is located in the upper part of the device. The power source 9 consists of a power transformer with a frequency of 50 Hz and a control autotransformer.

Способ осуществляется следующим образом. Исходная вода подается на очистку через патрубок для подачи воды 8, причем уровень воды должен быть таким, чтобы был перекрыт торец верхнего изолированного электрода 2. Через патрубок для подачи воздуха 6 в устройство подается воздух под давлением 0,5-0,8 атм, при этом поддерживается объемное соотношение воды и воздуха 2:1, вследствие чего происходит активная аэрация воды, в зоне между верхним изолированным электродом и диэлектрической мембраной, а также на поверхности стоков создается большое количество воздушных пузырьков. На верхний и нижний изолированные электроды подается от источника питания 9 переменное напряжение 700-900 В частотой 50 Гц, затем напряжение повышается до образования стримерного разряда при помощи

образного электрода 7. Стримерный разряд переходит затем в скользящий разряд по поверхности пузырьков, который развивается в объемный плазменный разряд. Далее напряжение снижается до величины, достаточной для поддержания устойчивого плазменного разряда. Последнее обстоятельство позволяет существенно снизить расход электроэнергии для очистки и обеззараживания сточных вод. Одновременно на перфорациях диэлектрической мембраны 4 локализуется тлеющий разряд.The method is as follows. The source water is supplied for cleaning through a pipe for supplying water 8, and the water level must be such that the end face of the upper insulated electrode 2 is blocked. Through the pipe for supplying air 6, air is supplied to the device at a pressure of 0.5-0.8 atm, This maintains a volume ratio of water and air of 2: 1, as a result of which there is active aeration of water, a large number of air bubbles are created in the area between the upper insulated electrode and the dielectric membrane, and also on the surface of the drains. An alternating voltage of 700-900 V at a frequency of 50 Hz is supplied to the upper and lower isolated electrodes from a power source 9, then the voltage rises to form a streamer discharge using

shaped electrode 7. The streamer discharge then passes into a sliding discharge along the surface of the bubbles, which develops into a volume plasma discharge. Further, the voltage is reduced to a value sufficient to maintain a stable plasma discharge. The latter circumstance can significantly reduce the energy consumption for wastewater treatment and disinfection. At the same time, a glow discharge is localized on the perforations of the dielectric membrane 4.

При испытании устройства, реализующего способ, были получены следующие результаты: удельные энергозатраты на очистку и обеззараживание воды составили 0,2-0,4 кВт/м³.When testing a device that implements the method, the following results were obtained: the specific energy consumption for cleaning and disinfecting water was 0.2-0.4 kW / m ³ .

В таблице приведены некоторые результаты анализов качества обработанной воды.The table shows some results of the processed water quality analyzes.

Результаты химических анализовChemical analysis results Перечень определяемых компонентовThe list of defined components Результат анализа, мг/дм³ The result of the analysis, mg / DM ³ Проба №1 (до очистки)Sample No. 1 (before cleaning) Проба №2 (после очистки)Sample No. 2 (after cleaning) Ионы аммонияAmmonium ions 13,6813.68 10,0510.05 БПКBOD 140140 50fifty Взвешенные веществаSuspended matter 137137 2828 рНpH 7,287.28 7,317.31

Результаты баканализовBakanalization Results Перечень определяемых компонентовThe list of defined components Результат анализа, мг/дм³ The result of the analysis, mg / DM ³ Проба №1 (до очистки)Sample No. 1 (before cleaning) Проба №2 (после очистки)Sample No. 2 (after cleaning) ОМЧOMC 2,1·10⁶ 2.110 ⁶ 6,2·10⁴ 6.210 ⁴ Коли-индексColi index 240000000240000000 Менее 500Less than 500

Из таблицы видно, что данный способ очистки и обеззараживания сточных вод позволяет существенно повысить эффективность обработки воды.The table shows that this method of purification and disinfection of wastewater can significantly improve the efficiency of water treatment.

Claims

A method of cleaning and disinfecting wastewater, including the treatment of a water-gas mixture with electric discharges, characterized in that the method is carried out in a chamber equipped with a dielectric membrane with holes located between the upper electrode, made in the form of a plate with metal insulated rods fixed on it, pointed at the end, and a lower electrode made in the form of a metal plate with holes on which an additional

-shaped electrode, the branches of which pass through the holes of the dielectric membrane, while the treatment with electric discharges is carried out at a voltage of 700-900 V at a frequency of 50 Hz supplied to the upper and lower electrodes, and the air supply is maintained through a 2: 1 volume ratio of water to air through an air supply nozzle located under a plate of finely porous material mounted under the lower electrode.