RU2320388C2 - Method and apparatus for destructing of toxic substances - Google Patents
Method and apparatus for destructing of toxic substances Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320388C2 RU2320388C2 RU2006106150/02A RU2006106150A RU2320388C2 RU 2320388 C2 RU2320388 C2 RU 2320388C2 RU 2006106150/02 A RU2006106150/02 A RU 2006106150/02A RU 2006106150 A RU2006106150 A RU 2006106150A RU 2320388 C2 RU2320388 C2 RU 2320388C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavitation
- reaction medium
- liquid reaction
- volume
- reactor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области химического производства и предназначены для деструкции отравляющих веществ (ОВ), включая и боевые (БОВ). Кроме того, изобретения могут быть использованы в процессах очистки сточных вод и приготовления гидротоплива.The invention relates to the field of chemical production and is intended for the destruction of toxic substances (OM), including military (BOV). In addition, the invention can be used in wastewater treatment and hydrofuel processes.
Известен способ деструкции БОВ (далее ОВ), который включает разделку контейнера (снаряда), содержащего ОВ, извлечение и деструкцию последнего. Подробнее, известный способ состоит в том, что внутренний объем контейнера, содержащего ОВ, соединяют с объемом реактора посредством трубопровода. Затем, дистанционно, внутри герметичного соединения высверливают отверстие в корпусе контейнера. После этого осуществляют перекачку ОВ из внутреннего объема контейнера в реактор и производят разрушение химических связей ОВ с использованием углеродной смеси высокой реакционной способности методом пиролиза под действием токов высокой частоты. Для реализации способа предназначена установка, включающая в себя устройства разделки, извлечения и деструкции OB [1].A known method of destruction of BWA (hereinafter OV), which includes cutting a container (projectile) containing OV, extracting and destruction of the latter. In more detail, the known method is that the internal volume of the container containing the OB is connected to the volume of the reactor by means of a pipeline. Then, remotely, inside a sealed connection, a hole is drilled in the container body. After that, the OM is pumped from the internal volume of the container to the reactor and the chemical bonds of the OM are broken using a high-reactivity carbon mixture by pyrolysis under the influence of high-frequency currents. To implement the method, an installation is intended that includes OB cutting, extraction and destruction devices [1].
Описанная технология деструкции ОВ является весьма сложной с точки зрения ее реализации, что, в первую очередь, объясняется конструктивной сложностью технических средств, предназначенных для практического воплощения этой технологии. Так, независимо от того, располагаются ли контейнеры с ОВ на дне водоема или суши, предлагается соединить внутренний объем контейнера с объемом реактора с помощью трубопровода. В практическом плане для манипулирования контейнером с ОВ необходимо создание роботизированного комплекса способного действовать и управляться дистанционно. Конструкция комплекса должна включать систему специальных захватов и режущих инструментов, а также технических средств герметизации зоны разделки контейнера. Соединение зоны разделки с устройством деструкции ОВ, а точнее с внутренней полостью реактора, с помощью трубопровода превращается в сложную техническую задачу, требующую решения проблем надежности и экологической безопасности. Существенным недостатком способа является то, что не решается проблема полного, безостаточного уничтожения ОВ, так как часть последнего, в любом случае, остается на внутренних стенках контейнера и трубопроводов. В связи с этим, требуются дополнительные меры для ликвидации остатков ОВ, другими словами, возникает необходимость создания еще одной технологии и соответствующего оборудования, значительно усложняющих и без того не простой процесс реализации основного способа деструкции ОВ. Метод пиролиза, предполагающий использование токов сверхвысокой частоты для термической обработки смеси ОВ с углеродным веществом, требует значительных затрат электроэнергии. Отдельной проблемной задачей экологического плана является утилизация конечного продукта пиролиза ОВ. Кроме всего перечисленного, очевидна и низкая производительность предлагаемого способа из-за штучной технологии обработки контейнера.The described technology for the destruction of organic matter is very complex from the point of view of its implementation, which, first of all, is explained by the structural complexity of the technical means intended for the practical implementation of this technology. So, regardless of whether containers with OM are located at the bottom of a reservoir or land, it is proposed to connect the internal volume of the container with the volume of the reactor using a pipeline. In practical terms, to manipulate a container with OM, it is necessary to create a robotic complex capable of operating and remotely controlled. The design of the complex should include a system of special grippers and cutting tools, as well as technical means of sealing the zone of cutting the container. The connection of the cutting zone with the OM destruction device, and more precisely, with the internal cavity of the reactor, with the help of a pipeline, turns into a complex technical problem that requires solving the problems of reliability and environmental safety. A significant disadvantage of this method is that the problem of complete, residual destruction of OM is not solved, since part of the latter, in any case, remains on the inner walls of the container and pipelines. In this regard, additional measures are required to eliminate OM residues, in other words, there is a need to create another technology and related equipment, which significantly complicates the already difficult process of implementing the basic method of OM destruction. The pyrolysis method, which involves the use of microwave currents for heat treatment of a mixture of organic matter with a carbon substance, requires significant energy costs. A separate problematic task of the environmental plan is the disposal of the final product of the pyrolysis of organic matter. In addition to all of the above, the low productivity of the proposed method is also obvious due to the piece processing technology of the container.
Для окончательного решения проблемы уничтожения ОВ необходимы технологии с использованием реагентов, характерных для экологической химии. Это - вода, кислород воздуха, температура и световое излучение, имеющиеся в неограниченном количестве возле любого склада ОВ.For a final solution to the problem of destruction of organic matter, technologies are needed using reagents characteristic of environmental chemistry. These are water, air oxygen, temperature and light radiation, available in unlimited quantities near any OM storage.
Известно, что большинство ОВ, включая и боевые, среди которых наиболее известны иприт, табун, зарин, люизит и т.п., являются химическими веществами, основой которых, преимущественно, являются углеводородные соединения. Все они обладают незначительной растворимостью в воде. В процессе химического взаимодействия ОВ с водой (гидролизации) последние прекращают свое существование как таковые, распадаясь на вещества, не приносящие вред, т.е. теряют свои отравляющие свойства. Время полупревращения при гидролизации составляет: 9 часов для табуна, 54 минуты для зарина, 10 минут для иприта. Люизит гидролизуется еще быстрее иприта. Применение способа промышленного гидролиза позволяет не только уничтожить ОВ, но и утилизировать их с получением полезных веществ мирного назначения типа пластмасс, резин и других материалов.It is known that most OMs, including military ones, among which mustard gas, herd, sarin, lewisite, etc. are the most well known, are chemicals based primarily on hydrocarbon compounds. All of them are slightly soluble in water. In the process of chemical interaction of OM with water (hydrolysis), the latter cease to exist as such, decomposing into substances that do not cause harm, i.e. lose their toxic properties. The half-time during hydrolysis is: 9 hours for a herd, 54 minutes for sarin, 10 minutes for mustard. Lewisite hydrolyzes even faster than mustard gas. The application of the industrial hydrolysis method allows not only to destroy organic matter, but also to dispose of them to produce useful peaceful substances such as plastics, rubbers and other materials.
Наиболее приемлемым и эффективным методом гидролизации является метод кавитации, создаваемой в водной среде. Доказано, что под действием кавитации вода расщепляется на высокореакционные атомы водорода (Н) и радикалы гидроксила (ОН). Если к воде, подвергаемой кавитационному воздействию, добавить другие соединения, в том числе и ОВ, то в ней могут происходить многие вторичные реакции. Органические соединения интенсивно разлагаются, не органические - могут окисляться или восстанавливаться, теряя свои изначальные свойства [2].The most acceptable and effective method of hydrolysis is the method of cavitation created in the aquatic environment. It is proved that under the action of cavitation, water splits into highly reactive hydrogen atoms (H) and hydroxyl radicals (OH). If other compounds, including OM, are added to water subjected to cavitation, many secondary reactions can occur in it. Organic compounds are rapidly decomposed, not organic - they can be oxidized or reduced, losing their original properties [2].
Кавитация как средство гидролизации находит все более и более широкое применение в различных отраслях промышленности. В частности, в процессе очистки сточных вод.Cavitation as a means of hydrolysis is increasingly used in various industries. In particular, in the process of wastewater treatment.
Основным источником кавитации в настоящее время является ультразвук, который может повысить реакционную способность вещества более чем в 105 раз. Эти химические эффекты ультразвука обусловлены физическими процессами, благодаря которым в жидкости возникают, растут и охлопываются газовые и паровые пузырьки, составляющие основу такого явления как кавитация. Ультразвуковые волны, как и все звуковые волны, включают циклы сжатия и разрежения. Во время циклов возникают локальные повышения давления в жидкости, что приводит к сближению молекул друг с другом. Во время циклов разрежения возникают локальные понижения давления, в результате чего молекулы отдаляются друг от друга, что и приводит в конечном итоге к образованию пузырьков. Частицы жидкости удерживаются вместе силами притяжения, которые определяют ее прочность на разрыв. Для того чтобы образовался пузырек, величина, на которую уменьшается локальное давление в цикле разрежения, должна превышать прочность жидкости на разрыв. Как правило, размер пузырька находится в пределах 30-300 мкм. Время схлопывания пузырьков не превышает 1 мкс, что приводит к нагреву содержащихся в них газов до температуры 15000°С и возникновению ударных гидравлических волн с давлением на фронте последней до 104 атм.The main source of cavitation at present is ultrasound, which can increase the reactivity of a substance by more than 10 5 times. These chemical effects of ultrasound are due to physical processes, due to which gas and vapor bubbles, which form the basis of such a phenomenon as cavitation, arise, grow and cools in a liquid. Ultrasonic waves, like all sound waves, include compression and rarefaction cycles. During cycles, local pressure increases in the liquid, which leads to the approach of the molecules to each other. During rarefaction cycles, local pressure drops occur, as a result of which the molecules move away from each other, which ultimately leads to the formation of bubbles. The fluid particles are held together by attractive forces, which determine its tensile strength. In order for the bubble to form, the value by which the local pressure in the rarefaction cycle decreases should exceed the tensile strength of the liquid. As a rule, the size of the bubble is in the range of 30-300 microns. The time of collapse of the bubbles does not exceed 1 μs, which leads to the heating of the gases contained in them to a temperature of 15000 ° C and the appearance of shock hydraulic waves with a pressure at the front of the latter to 10 4 atm.
В качестве ближайшего технического предшественника (прототипа) и примера использования кавитации как инструмента воздействия на ядовитые вещества можно привести способ деструкции высокотоксичного химического соединения - пентахлорфенола, который с полным основанием может быть отнесен к ОВ. Сущность способа состоит в том, что водный раствор пентахлорфенола подвергают кавитационной обработке с помощью звуковых волн на частоте 5 кГц [3]. Активатор, генерирующий звук, по своему устройству относится к классу гидродинамических аппаратов роторного типа. Концентрация пентахлорфенола измерялась методом жидкостной хромотографии. В результате часовой обработки, независимо от начальной концентрации пентахлорфенола, остаточная его концентрация была в несколько раз ниже границы токсичности, которая определяется концентрацией в 5,3 мг на литр. При увеличении времени обработки концентрация ОВ уменьшается на порядки. Расчетное энергопотребление находится на уровне 70 кВт-ч на один кубический метр обрабатываемой жидкости.As the closest technical precursor (prototype) and an example of the use of cavitation as a tool for influencing toxic substances, one can cite the method of destruction of a highly toxic chemical compound - pentachlorophenol, which with good reason can be attributed to OM. The essence of the method is that an aqueous solution of pentachlorophenol is subjected to cavitation treatment using sound waves at a frequency of 5 kHz [3]. The activator that generates sound, by its device, belongs to the class of hydrodynamic devices of rotary type. The concentration of pentachlorophenol was measured by liquid chromatography. As a result of the hourly treatment, regardless of the initial concentration of pentachlorophenol, its residual concentration was several times lower than the toxicity limit, which is determined by the concentration of 5.3 mg per liter. With an increase in processing time, the OM concentration decreases by orders of magnitude. Estimated energy consumption is at the level of 70 kWh per one cubic meter of processed liquid.
Достоинством акустической (ультразвуковой) кавитации является постоянство зоны ее действия. Однако она не велика и эффективность этой зоны ограничивается несколькими сантиметрами от поверхности излучателя. Увеличение эффективной зоны действия требует непропорционального увеличения мощности, концентрируемой на излучателе. Наиболее применяемым диапазоном частот для создания акустической кавитации является диапазон от 16 до 60 кГц. Максимальная амплитуда, в лучшем случае, достигает 0,1 мм, т.е. можно утверждать, что в течение действия на жидкость полуволны растяжения, деформация будет также равна 0,1 мм. Получаемое увеличение объема есть не что иное, как общий объем пустот всех кавитационных пузырьков в жидкости. Если учесть, что оптимальным, с технологической точки зрения, является размер пузырька в 100-150 мкм, то при средней длине волны в 76 мм на частоте 20 кГц насыщенность жидкости кавитационными пузырьками достигает 3,3 105 см3. Именно указанная выше цифра и определяет энергетический потенциал акустического способа получения кавитации, но она является и критической, так как любые изменения акустических параметров с целью повышения эффективности приводит к непропорциональному увеличению энергозатрат. Если учесть, что деструкция ОВ при концентрации 10-60 мг/л требует 70 кВт-ч энергии, то для деструкции ОВ при более значительных концентрациях потребуется и количество энергии, превышающее указанный уровень на порядки. Существенным недостатком является и то, что количество сопоставимых единиц (1 мг) воды необходимой для гидролизации единицы ОВ (1 мг) в этом случае потребуется, как минимум, на несколько порядков больше. Это обстоятельство становится значительным препятствием на пути промышленного освоения этого способа, если учесть, что количество ОВ, подлежащих деструкции, исчисляется десятками и сотнями тысяч тонн, а объем водных ресурсов далеко не безграничен особенно в местах хранения ОВ. Кроме того, для ультразвукового способа возбуждения кавитации характерны и другие недостатки, в частности, дисперсное рассеивание энергии за счет внутреннего трения и фазовое рассеивание звуковых волн (потери на реактивную мощность).The advantage of acoustic (ultrasonic) cavitation is the constancy of the zone of its action. However, it is not large and the effectiveness of this zone is limited to a few centimeters from the surface of the emitter. The increase in effective coverage requires a disproportionate increase in the power concentrated on the emitter. The most used frequency range for creating acoustic cavitation is the range from 16 to 60 kHz. The maximum amplitude, in the best case, reaches 0.1 mm, i.e. it can be argued that during the action on the liquid of the half-wave of tension, the deformation will also be 0.1 mm. The resulting increase in volume is nothing but the total volume of voids of all cavitation bubbles in the liquid. If we consider that the optimum, from a technological point of view, is a bubble size of 100-150 μm, then with an average wavelength of 76 mm at a frequency of 20 kHz, the saturation of the liquid with cavitation bubbles reaches 3.3 × 10 5 cm 3 . It is the above figure that determines the energy potential of the acoustic method of obtaining cavitation, but it is also critical, since any changes in acoustic parameters in order to increase efficiency leads to a disproportionate increase in energy consumption. If we consider that the destruction of organic matter at a concentration of 10-60 mg / l requires 70 kWh of energy, then for the destruction of organic matter at higher concentrations, an amount of energy that exceeds this level by orders of magnitude will be required. A significant drawback is that the number of comparable units (1 mg) of water required for the hydrolysis of a unit of organic matter (1 mg) in this case will require at least several orders of magnitude more. This circumstance becomes a significant obstacle to the industrial development of this method, given that the amount of OM to be destroyed amounts to tens and hundreds of thousands of tons, and the volume of water resources is far from unlimited, especially in places where OM is stored. In addition, the ultrasonic method of cavitation excitation is also characterized by other disadvantages, in particular, dispersed energy dissipation due to internal friction and phase dispersion of sound waves (reactive power loss).
Таким образом, используя ультразвуковой способ возбуждения кавитации, не представляется возможным масштабно решить проблему полной деструкции ОВ в силу следующих причин:Thus, using the ultrasonic method of cavitation excitation, it is not possible to solve the problem of complete destruction of organic matter on a large scale for the following reasons:
- недостаточной энергетической плотности и неравномерности создаваемого кавитационного поля;- insufficient energy density and unevenness of the created cavitation field;
- малого коэффициента полезного действия преобразования подводимой энергии возбуждения в кавитационную;- a small coefficient of efficiency conversion of the supplied excitation energy into cavitation;
- слабой управляемости кавитационного процесса в силу физики его возбуждения;- poor controllability of the cavitation process due to the physics of its excitation;
- повышенной кавитационной эрозии конструкций устройств возбудителей кавитации.- increased cavitation erosion of the structures of cavitation pathogen devices.
Для существенного снижения выше перечисленных недостатков акустической кавитации деструкцию ОВ (гидролизацию) предлагается осуществить с использованием другого метода возбуждения кавитации - объемной виброкавитационной технологии (ОВКТ).To significantly reduce the above listed disadvantages of acoustic cavitation, the destruction of organic matter (hydrolysis) is proposed to be carried out using another method of cavitation excitation - volumetric vibration cavitation technology (OVKT).
Принципиальным в ОВКТ является то, что возбуждение кавитации происходит путем изменения объема жидкой среды в низкочастотном вибрационном режиме, что позволяет получить устойчивое и регулируемое по интенсивности кавитационное поле, охватывающее весь реакционный объем. При ОВКТ осуществляется поочередное сжатие и растяжение объема неподвижной или слабо подвижной жидкой среды [4]. Применение электромагнитного виброрезонансного двигателя, непосредственно преобразующего подводимую электроэнергию в возвратно-поступательное движение рабочего органа реактора (далее объемно-виброкавитационный реактор или сокращенно ОВК-реактор) резко упрощает конструкцию установки и дает возможность гибко и в широком диапазоне регулировать интенсивность (энергонасыщенность) кавитационного поля путем изменения таких параметров колебательного процесса как частота и амплитуда. Возможность работы установки в резонансном режиме резко снижает потребление электрической энергии, затрачиваемой на возбуждение и поддержание кавитационного процесса.The principal thing in the HVAC is that cavitation is excited by changing the volume of the liquid medium in the low-frequency vibration mode, which makes it possible to obtain a stable and intensity-controlled cavitation field covering the entire reaction volume. When OVKT is carried out alternately compressing and stretching the volume of a stationary or weakly mobile liquid medium [4]. The use of an electromagnetic vibroresonant engine that directly converts the supplied electric energy into the reciprocating motion of the working body of the reactor (hereinafter referred to as the volumetric vibration cavitation reactor or abbreviated HVAC reactor) dramatically simplifies the installation design and makes it possible to flexibly and in a wide range control the intensity (energy saturation) of the cavitation field by changing such parameters of the oscillatory process as frequency and amplitude. The ability of the unit to operate in resonance mode dramatically reduces the consumption of electrical energy spent on the excitation and maintenance of the cavitation process.
Для подтверждения возможности практического использования ОВК-реактора, доказательства его высокой эффективности, была осуществлена его экспериментальная проверка на кавитационном реакторе конструктивно весьма близким ОВК-реактору. В эксперименте в качестве аналога ОВ было выбрано вещество химически сходное по составу, но не токсичное. Таким веществом является углеводородное соединение, обладающее низкой способностью к гидролизации, т.е. топочный мазут. Последний предварительно смешивался с водой в различных соотношениях и полученная смесь подвергалась кавитационной обработке с помощью растягивающих и сжимающих напряжений. В результате было получено гидротопливо, которое при определенных соотношениях воды и мазута, по своим теплотехническим характеристикам было аналогично чистому мазуту и превосходило его по экологическим параметрам. При этом свободная вода химическим анализом не обнаруживалась, а полученное гидротопливо не расслаивалось в течение одного года даже при его периодическом нагревании. Проведенный эксперимент позволил найти минимальное соотношение между водой и мазутом, при котором гарантировано все молекулы углеводородного вещества разрушены на более мелкие фрагменты, свободные связи которых нейтрализованы активными радикалами Н+ и ОН-, т.е. продуктами распада воды под воздействием кавитации. Энергетические затраты на обработку одного м3 смеси (при соотношении вода-мазут как 40 к 60%) составили величину около 1 кВт-ч электроэнергии. Конструктивная простота ОВК-реактора, технологичность его деталей и узлов, высокая производительность, а также низкая себестоимость изготовления дают возможность считать такой реактор пригодным для промышленного уровня деструкции ОВ.To confirm the possibility of the practical use of the HVAC reactor and to prove its high efficiency, it was experimentally tested on a cavitation reactor structurally very close to the HVAC reactor. In the experiment, a substance chemically similar in composition, but not toxic, was chosen as an analogue of OM. Such a substance is a hydrocarbon compound having a low ability to hydrolyze, i.e. heating oil. The latter was pre-mixed with water in various ratios and the resulting mixture was subjected to cavitation treatment using tensile and compressive stresses. As a result, hydrofuel was obtained, which, at certain ratios of water and fuel oil, was similar in its thermotechnical characteristics to pure fuel oil and exceeded it in environmental parameters. In this case, free water was not detected by chemical analysis, and the resulting hydrofuel did not separate for one year, even when it was periodically heated. The experiment made it possible to find the minimum ratio between water and fuel oil, in which all molecules of the hydrocarbon substance are guaranteed to be broken down into smaller fragments, the free bonds of which are neutralized by the active radicals H + and OH - , i.e. decay products of water under the influence of cavitation. The energy cost of processing one m3 of the mixture (with a water-fuel oil ratio of 40 to 60%) amounted to about 1 kWh of electricity. The structural simplicity of the OVK reactor, the manufacturability of its parts and assemblies, high productivity, as well as low manufacturing costs make it possible to consider such a reactor suitable for the industrial level of destruction of the OV.
Таким образом, задачей изобретения является повышение эффективности технологии кавитационной деструкции ОВ, а также создание технических средств для ее экономически выгодного промышленного освоения.Thus, the objective of the invention is to increase the efficiency of the technology of cavitation destruction of OM, as well as the creation of technical means for its cost-effective industrial development.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе деструкции отравляющего вещества (ОВ), включающем обработку ОВ в жидкой реакционной среде кавитацией, контейнер, содержащий ОВ, помещают в полость герметичной емкости и полностью заполняют водой в качестве жидкой реакционной среды. Затем осуществляют разделку контейнера, при этом в процессе разделки осуществляют принудительную циркуляцию жидкой реакционной среды в емкости и одновременно возбуждают объемную виброкавитацию по всему объему емкости. Полученную эмульсию направляют в объемно-виброкавитационный реактор и осуществляют обработку ОВ кавитацией путем рециркуляции эмульсии между емкостью и объемно-виброкавитационным реактором. После обработки емкость и объемно-виброкавитационный реактор освобождают от эмульсии и заполняют водой и осуществляют ее обработку по циклу обработки эмульсии, а затем эту воду используют для обработки ОВ. Продукт деструкции ОВ используют в процессе приготовления гидротоплива в качестве жидкой среды.The problem is solved due to the fact that in the method of destruction of the poisonous substance (OM), which includes treating the OM in a liquid reaction medium by cavitation, the container containing the OM is placed in the cavity of the sealed container and completely filled with water as the liquid reaction medium. Then carry out the cutting of the container, while in the process of cutting carry out the forced circulation of the liquid reaction medium in the tank and at the same time excite volumetric vibration cavitation throughout the volume of the tank. The resulting emulsion is sent to a volumetric-vibrational cavitation reactor and the treatment of organic matter by cavitation is carried out by recycling the emulsion between the vessel and the volumetric-vibrational cavitation reactor. After processing, the tank and the volume-vibration cavitation reactor are freed from the emulsion and filled with water and processed according to the emulsion treatment cycle, and then this water is used for processing OM. The degradation product of OM is used in the process of preparing hydrofuel as a liquid medium.
Решению поставленной задачи способствует и то, что установка для деструкции ОВ, включающая устройство для обработки ОВ в жидкой реакционной среде кавитацией, содержит объемно-виброкавитационный реактор в качестве устройства для обработки ОВ в жидкой реакционной среде кавитацией, источник воды в качестве жидкой реакционной среды, сообщающуюся с ним герметичную емкость, снабженную средством для создания объемной виброкавитации в жидкой реакционной среде по всему объему емкости и расположенные в ней устройство разделки контейнеров, содержащих ОВ, и устройство для циркуляции жидкой реакционной среды в емкости. При этом герметичная емкость и объемно-виброкавитационный реактор выполнены с возможностью обеспечения рециркуляции жидкой реакционной среды и они же выполнены в виде моноблока, а источник жидкой реакционной среды - в виде цистерны, причем они снабжены трубопроводной связью между собой и каждый из них установлен на своем транспортном средстве. Кроме того, установка содержит автономный источник электрического тока для обеспечения работы устройства разделки контейнеров, содержащих ОВ, и объемно-виброкавитационного реактора, установленный на отдельном транспортном средстве.The task is also facilitated by the fact that the installation for the destruction of organic matter, including a device for treating organic matter in a liquid reaction medium by cavitation, contains a volume-vibration cavitation reactor as a device for processing organic matter in a liquid reaction medium by cavitation, a water source as a liquid reaction medium, communicating with it a sealed container equipped with a means for creating volumetric vibration cavitation in a liquid reaction medium over the entire volume of the container and the container cutting device located therein holding OM, and a device for circulating a liquid reaction medium in a tank. In this case, the sealed tank and the volume-vibration cavitation reactor are made with the possibility of recycling the liquid reaction medium and they are also made in the form of a monoblock, and the source of the liquid reaction medium is in the form of a tank, and they are equipped with a pipeline connection between each other and each of them is installed on its own transport means. In addition, the installation contains an autonomous source of electric current to ensure the operation of the device for cutting containers containing OM, and a volume-vibration cavitation reactor mounted on a separate vehicle.
На фиг.1 дано схематическое изображение установки для реализации предлагаемого способа деструкции ОВ.Figure 1 is a schematic representation of the installation for implementing the proposed method of destruction of OM.
На фиг.2 дано схематическое изображение варианта мобильной установки для деструкции ОВ.Figure 2 is a schematic illustration of a variant of a mobile installation for the destruction of OM.
Установка для реализации способа деструкции ОВ содержит емкость 1, представляющую собой пустотелый, герметичный короб, выполненный из металла и снабженный загрузочным окном (не показано). К одной из вертикальных стенок емкости 1 примыкает электромеханической средство 2 для создания объемной виброкавитации в жидкой среде, заполняющей емкость 1 в рабочем режиме. Внутри последней установлено разделочное устройство 3, представляющее собой, например, дисковую пилу 4, связанную с приводом. Разделочное устройство 3 смонтировано с возможностью перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях. В нижней части емкости 1 установлено устройство циркуляции жидкой среды, представляющее собой пропеллер 5, размещенный внутри этой емкости и связанный валом с приводом 6 вращения, установленным снаружи. Подвижный ложемент 7, предназначенный для размещения контейнера 8 с ОВ, установлен в направляющих, смонтированных напротив загрузочного окна. Донная часть емкости 1 выполнена наклонной к одной из боковых стенок и снабжена арматурой для выпуска жидкой среды. В верхней части емкости 1 предусмотрено впускное отверстие. Установка включает один или более ОВК-реакторов 9, которые сообщены с полостью емкости 1 через впускное и выпускное отверстия посредством трубопроводов. И если соединение через впускное отверстие выполнено напрямую, то соединение через выпускное отверстие выполнено через узел 10, содержащий гидравлический насос и распределительную гидравлическую аппаратуру. Такое соединение емкости 1 и ОВК-реакторов 9 обеспечивает возможность рециркуляции жидкой среды между ними. Через узел 10 с емкостью 1 связаны накопитель 11 продукта деструкции ОВ и источник 12 жидкой среды через промежуточную емкость 13. Последняя, как накопитель 11 и источник 12 представляют собой обычные цистерны для жидких сред. В трубопровод между емкостью 1 и узлом 1ОВстроен датчик 14 концентрации ОВ. Все энергопитание установки осуществляется с источника 15 электрического тока через систему управления 16, функцией которой является обеспечение выполнения алгоритма управления работой всей установки, а также поддержание резонансного режима работы ОВК-реакторов. Для придания мобильности, т.е. возможности перемещения всей установки от одного места хранения ОВ к другому, емкость 1 и ОВК-реакторы 9 объединены в моноблок 17 и установлены на платформе 18 транспортного средства 19. Накопитель 11 и источник 12 жидкой среды с промежуточной емкостью 13 также установлены на аналогичных платформах транспортных средств 19. На отдельном транспортном средстве смонтирован источник 15 электрического тока и система 16 управления. Все отдельные устройства установки в рабочем режиме связаны между собой посредством системы трубопроводов 20 и охвачены управленческой и силовой связью 21. Реализуется способ деструкции ОВ следующим образом. Через загрузочное окно в емкость 1 на ложементе 7 по направляющим подают контейнер 8, содержащий ОВ. Форма контейнера не имеет особого значения - это могут быть металлические бочки, артиллерийские снаряды или авиабомбы. В первом случае (бочка) ложемент по форме и размеру рассчитан на один экземпляр. Для снарядов и авиабомб предполагается выполнение специальных кассет для групповой обработки. Следует особо отметить, что внутренняя полость емкости 1 должна иметь объем, по меньше мере, в два, а лучше в три, четыре раза превышающий объем ОВ в наибольшем по размеру контейнере, который предполагается обрабатывать. После размещения в емкости 1 контейнера 8, например, в виде бочки загрузочное окно закрывают, а саму емкость из источника 12 через промежуточную емкость 13 наполняют жидкой средой - технической водой через ОВК-реакторы 9, используя гидравлический насос узла 10. В процессе наполнения водой емкости 1 в работу включают ОВК-реакторы 9, питая их силовые привода от источника 15 электрического тока. После заполнения емкости 1 в работу включают устройство разделки, дисковой пилой 4 которого разрезают бочку 8 с ОВ на две части в продольном направлении. Вскрытыми частями бочку ориентируют в направлении пропеллера 5. Механизм ориентации является отдельной технической решением, которое в настоящей заявке не рассматривается. Резка контейнера в водной среде является мерой предотвращающей контакт ОВ с наружным пространством и делающей процесс разделки безопасным. Одновременно с процессом разрезания бочки в работу включают привод 6 вращения пропеллера 5 и электромеханическое средство 2 создания кавитации в водной среде емкости 1. Потоки жидкости, создаваемые пропеллером 5, способствуют вымыванию ОВ из обеих частей бочки и распределению его по объему емкости 1 за счет циркуляции. Средство 2 создает кавитацию по объему емкости 1, способствуя дроблению крупных фрагментов ОВ на более мелкие, осуществляя очистку внутренних стенок бочки от прилипшего ОВ и, наконец, частично гидролизуя последний. Процесс циркуляции жидкой среды в емкости 1, имеющий целью приготовление водной эмульсии ОВ, совмещают с рециркуляцией этой эмульсии через ОВК-реакторы 9, где и происходит основной процесс деструкции ОВ путем его гидролизации. Процесс рециркуляции поддерживается гидравлическим насосом узла 10 и контролируется датчиком 14 концентрации ОВ. При достижении приемлемых показателей на последнем продукт деструкции ОВ (далее продукт) сбрасывается через узел 1ОВ накопитель 11. После освобождения емкости 1 и полостей ОВК-реакторов 9 от продукта из источника 12 в промежуточную емкость 13 подается очередная порция воды в количестве равном количеству продукта, слитого в накопитель 11. Из промежуточной емкости 13 гидравлическим насосом узла 10 водой заполняют полости емкости 1 и ОВК-реакторов 9 при последующем полном повторении технологического цикла процесса деструкции ОВ. Единственным исключением на этой стадии является выключение из работы разделочного устройства. Повторный цикл является окончательной очисткой от ОВ внутренних поверхностей емкости 1 и всех поверхностей контейнера 8. После завершения этого цикла, длящегося определенное время, вторичный продукт направляют в промежуточную емкость 13 и заполняют ее. После полного освобождения рабочей зоны установки открывают загрузочное окно и извлекают ложемент 7 с частями контейнера (бочки) 8, которые удаляют и на их место устанавливают новый контейнер с ОВ. После чего вся вышеописанная последовательность операций по деструкции ОВ, включая первичную и вторичную обработки, повторяется в полном объеме с той лишь разницей, что в качестве жидкой среды используют вторичный продукт из промежуточной емкости 13. Для утилизации продукта деструкции ОВ его используют в качестве жидкой среды в процессе приготовления гидротоплива. Это осуществляется следующим образом. Емкость 1 из накопителя 11 через узел 10 заполняют продуктом на некоторую часть объема, а остальную часть заполняют топочным мазутом. Затем ведут обработку загруженных материалов в алгоритме способа деструкции ОВ. Полученное гидротопливо извлекают из емкости 1, транспортируют к месту утилизации, например, котельные системы ЖКХ и сжигают, превращая в тепловую энергию, используемую для отопления.Installation for implementing the method of destruction of OM contains a tank 1, which is a hollow, sealed box made of metal and equipped with a loading window (not shown). An electromechanical means 2 is adjacent to one of the vertical walls of the tank 1 to create volumetric vibration cavitation in a liquid medium filling the tank 1 in the operating mode. Inside the latter, a cutting device 3 is installed, which is, for example, a circular saw 4 connected to the drive. Cutting device 3 is mounted with the possibility of movement in the vertical and horizontal directions. In the lower part of the tank 1, a device for circulating a liquid medium is installed, which is a propeller 5 located inside this tank and connected by a shaft with a rotary drive 6 installed externally. A movable tool tray 7, designed to accommodate a container 8 with OM, is installed in guides mounted opposite the loading window. The bottom of the tank 1 is made inclined to one of the side walls and equipped with fittings for the release of liquid medium. An inlet is provided at the top of the container 1. The installation includes one or more OVK reactors 9, which are in communication with the cavity of the tank 1 through the inlet and outlet through pipelines. And if the connection through the inlet is made directly, then the connection through the outlet is made through the node 10 containing the hydraulic pump and the distribution of hydraulic equipment. Such a connection of the tank 1 and the HVAC reactors 9 makes it possible to recirculate the liquid medium between them. Through the assembly 10, a
Основным последствием от реализации предлагаемых изобретений является значительное повышение степени экологической безопасности страны, по меньшей мере, в двух направлениях. Первое из них - это уничтожение БОВ, запасы которых оцениваются в сотни тысяч тонн. Существующая система по уничтожению БОВ малоэффективна не только технологически, но и весьма затратная по материальным и финансовым ресурсам. Огромные вливания денежных средств, в том числе и со стороны европейских стран, не дают должного эффекта по причине их нерационального использования из-за отсутствия не только внятной технологической, но и политической идеологий. Так, строительство крупных заводов по переработке БОВ, типа построенных в Чапаевске и Шиханах, не дают решения проблемы несмотря на значительные затраты. Крупным недостатком принятого плана по уничтожению БОВ является то, что последние с остальной территории РФ необходимо транспортировать к этим центрам, а это сопряжено с огромным экологическим риском. Предлагаемая изобретениями технология и оборудование снижают эти риски на порядок. Это становится возможным благодаря тому, что ОВКТ является технологией, использующей реагенты экологической химии - воду, температуру, давление, свет и т.п. Снимается проблема дальнейшего захоронения реакционных масс. Жидкий продукт деструкции БОВ, полученный с помощью ОВКТ, смешанный посредством кавитации с топочным мазутом, может быть с пользой утилизирован в обычных котельных агрегатах. Далее, ОВК-реактор представляет собой компактную малогабаритную конструкцию, которая позволяет всю совокупность оборудования по уничтожению БОВ разместить на транспортных средствах -автомобилях, образуя «завод на колесах». Главным достоинством такого подхода является то, что «завод на колесах» может обслуживать любое хранилище БОВ на территории РФ. При этом стоимость завода и процесса переработки БОВ на порядок меньше аналогичных затрат, осуществляемых в настоящее время. Следует отметить, что одной из существенных возможностей «завода на колесах» является возможность оперативного обслуживания мест чрезвычайных ситуаций, связанных с экологическими природными и техногенными катастрофами: разливами нефти, выбросами ядовитых производственных сточных вод, авариями на очистных сооружениях и т.д.The main consequence of the implementation of the proposed invention is a significant increase in the degree of environmental safety of the country, in at least two directions. The first of these is the destruction of BWOs, whose reserves are estimated at hundreds of thousands of tons. The existing system for the destruction of BWOs is ineffective not only technologically, but also very expensive in terms of material and financial resources. Huge injections of funds, including from European countries, do not give the desired effect due to their irrational use due to the lack of not only a clear technological, but also political ideology. Thus, the construction of large plants for the processing of BWA, such as those built in Chapaevsk and Shihan, does not provide a solution to the problem despite significant costs. A major drawback of the adopted plan for the destruction of BWA is that the latter from the rest of the Russian Federation must be transported to these centers, and this entails a huge environmental risk. The technology and equipment proposed by the inventions reduce these risks by an order of magnitude. This is possible due to the fact that HVAC is a technology that uses reagents of environmental chemistry - water, temperature, pressure, light, etc. The problem of the further burial of reaction masses is removed. The liquid BWA degradation product obtained with the help of OVKT, mixed by cavitation with heating oil, can be disposed of with advantage in ordinary boiler plants. Further, the HVAC reactor is a compact small-sized design, which allows the entire set of equipment for the destruction of BOV to be placed on vehicles-vehicles, forming a "factory on wheels." The main advantage of this approach is that the “plant on wheels” can serve any storage of BOV in the Russian Federation. At the same time, the cost of the plant and the process of processing BOV is an order of magnitude lower than the similar costs currently being implemented. It should be noted that one of the essential capabilities of the “plant on wheels” is the ability to quickly service emergency situations associated with environmental natural and man-made disasters: oil spills, emissions of toxic industrial wastewater, accidents at sewage treatment plants, etc.
По второму направлению предлагается применение ОВКТ в области очистки промышленных и бытовых сточных вод, которое принципиально может изменить решение этой проблемы, создав новую идеологию в этом вопросе. ОВК-реакторы способны в процессе переработки сточных вод обеспечить практически 100% их очистку и дезинфекцию благодаря комплексу физических воздействий, указанных выше, на биологические и небиологические объекты. Установки для деструкции ОВ, описанные выше, с незначительными конструктивными изменениями могут стать автономным очистным устройством для отдельного промышленного предприятия и жилого дома, значительно уменьшив затраты на капитальное строительство и эксплуатацию относительно единых для населенного пункта очистных сооружений, обслуживающих все производство этого пункта и его жилой фонд.In the second direction, the use of HVAC in the field of treatment of industrial and domestic wastewater is proposed, which can fundamentally change the solution to this problem, creating a new ideology in this matter. HVAC reactors are capable of providing almost 100% of their treatment and disinfection during wastewater processing due to the complex of physical effects indicated above on biological and non-biological objects. The plants for the destruction of organic matter, described above, with minor design changes, can become an autonomous treatment device for a separate industrial enterprise and residential building, significantly reducing the cost of capital construction and operation compared to treatment facilities common to a settlement serving the entire production of this item and its housing stock .
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2154803, кл. C06D 7/00, F42D 5/04, публ. 2000.08.20.1. RF patent No. 2154803, cl. C06D 7/00, F42D 5/04, publ. 08/08/20.
2. Кеннет С.Саслик, статья «Химические эффекты ультразвука», журнал «В мире науки», №4, 1989, с.54-61.2. Kenneth S. Saslik, article “Chemical Effects of Ultrasound”, journal “In the World of Science”, No. 4, 1989, pp. 54-61.
3. Кладов А. «Кавитационная деструкция пентахлорфенола», http://roslo.narod.ru/fen/3. Kladov A. “Cavitation destruction of pentachlorophenol”, http://roslo.narod.ru/fen/
4. Патент РФ №2204762, кл. F23K 5/08, 2003.05.20.4. RF patent No. 2204762, cl. F23K 5/08, 2003.05.20.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006106150/02A RU2320388C2 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Method and apparatus for destructing of toxic substances |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006106150/02A RU2320388C2 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Method and apparatus for destructing of toxic substances |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006106150A RU2006106150A (en) | 2007-09-20 |
| RU2320388C2 true RU2320388C2 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006106150/02A RU2320388C2 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Method and apparatus for destructing of toxic substances |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2320388C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516625C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-05-20 | Дмитрий Петрович Титов | Reactor with forced recirculation |
-
2006
- 2006-02-27 RU RU2006106150/02A patent/RU2320388C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КЛАДОВ А. Кавитационная деструкция пентахлорфенола. Internet http://roslo.narod.ru/fen/, 23.04.2002. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516625C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-05-20 | Дмитрий Петрович Титов | Reactor with forced recirculation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006106150A (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gogate et al. | A review of imperative technologies for wastewater treatment I: oxidation technologies at ambient conditions | |
| JP2017018944A (en) | Method and apparatus for applying plasma particles to liquid and use for disinfecting water | |
| Seymour et al. | Oxidation of aqueous pollutants using ultrasound: salt-induced enhancement | |
| Ozonek | Application of hydrodynamic cavitation in environmental engineering | |
| US20120205301A1 (en) | Apparatus for treating fluids | |
| US20150291454A1 (en) | Apparatus for Treating Fluids | |
| Meegoda et al. | Briefing: In situ decontamination of sediments using ozone nanobubbles and ultrasound | |
| Johin et al. | Sono-electro-chemical treatment of reactive black 5 dye and real textile effluent using MnSO4/Na2S2O8 electrolytes | |
| RU2320388C2 (en) | Method and apparatus for destructing of toxic substances | |
| Kerabchi et al. | Liquid depth effect on the acoustic generation of hydroxyl radical for large scale sonochemical reactors | |
| Jing et al. | The removal of COD and NH 3-N from atrazine production wastewater treatment using UV/O 3: experimental investigation and kinetic modeling | |
| Goncharuk et al. | Use of ultrasound in water treatment | |
| Xu et al. | Effect of bubble collapse combined with oxidants on the benzamide by molecular dynamics simulation | |
| Lebiocka | Application of Hydrodynamic Cavitation to Improve the Biodegradability of Municipal Wastewater | |
| RU2281799C1 (en) | Toxic agents' destruction process | |
| Destaillats et al. | Sonochemical degradation of pollutants | |
| CN100522845C (en) | Method for wastewater treatment by comprehensive utilization of frequency mixing ultrasonic and non-reducing gas | |
| Szulżyk-Cieplak | Removal of hardly bio-degradabale organic compounds from wastewater by means of reagentless methods | |
| KR102635364B1 (en) | Mobile Chemical Reactant Neutralization Device and Its Operating Method | |
| RU2314261C2 (en) | Method of elimination of the spent liquid mediums | |
| Russell et al. | SONIC ENERGY IN PROCESSING: USE OF A LARGE-SCALE, LOW-FREQUENCY | |
| CN109231353A (en) | The sonochemical process system of polyfluoro organosulfur compound in pollution degradation underground water | |
| Sathishkumar et al. | Sonophotocatalytic mineralization of environmental contaminants present in aqueous solutions | |
| Wu | Sonocatalytic degradation of CI Reactive Red 198 in H 2 O 2-based Systems | |
| Sidnell | Towards Upscaling the Sonolysis of Per-and Poly-fluoroalkyl Substances (PFAS). |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080228 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110227 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120228 |