WO2008127135A1 - Procédé de traitement de l'eau et de solutions aqueuses par plasma de décharge gazeuse et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Description

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ПЛАЗМОЙ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Область техники

5 Изобретение относится к области обработки воды и водных растворов низкотемпературной плазмой газового разряда с целью их очистки от широкого спектра загрязняющих и заражающих веществ, обеззараживания от микроорганизмов разных видов, или активации. Преимущественно изобретение может быть использовано для очистки сточных вод различного ю происхождения, для подготовки воды питьевого и технического назначения. Изобретение может быть также использовано для активации химически чистой и питьевой воды, а также водных растворов. Получаемые при этом продукты могут быть использованы в медицине и ветеринарии, в пищевой, микробиологической, фармацевтической, косметической, горно-

15 перерабатывающей, а также в химической промышленности и сельском хозяйстве.

Предшествующий уровень техники

Известно множество способов обработки воды и водных растворов (водной среды) путем воздействия на них плазмой газового разряда,

20 индуцируемого электрическим разрядом, например дуговым (US 5464513), коронным (US 5549795, WO 98/09722), барьерным (RU 2136600, 2164499), высоковольтным (RU 2152359) или тлеющим (RU 2043969, 2043970, 2043971 , 2043972, 2043973, WO 02/058839, 02/059045), в результате чего в водной среде образуются ионы О^', O₂ ^" O₃ ^" ОН^" H₂O^", перекиси H₂O₂ и надперекиси

25 H₂O₃. Эти реагенты взаимодействуют с веществами и микроорганизмами, содержащимися в воде и водных растворах. Действующими факторами являются также фотоэффект и УФ-излучение.

Известен способ обработки водной среды плазмой газового разряда, индуцируемого серией импульсных электрических дуговых разрядов при зо силе тока 3OA и напряжении 10-50кB (US 5464513), или импульсными электрическими разрядами при напряжении ЮкВ в среде кислородсодержащего газа (RU 97117396), или высоковольтным электрическим разрядам при напряжении 100-500кB, причем поверхностный слой жидкости служит в качестве электрода (RU 1011545).

Устройство для обработки водной среды плазмой газового разряда, индуцируемого серией импульсных электрических дуговых разрядов (US 5 5464513), содержит реакционную камеру, снабженную приспособлением для подачи в неё обрабатываемой жидкости, в корпусе которой установлены, по меньшей мере, два электрода, соединенные с источником высоковольтного напряжения.

Известен также способ обработки водной среды плазмой газового ю разряда, индуцируемого электрическим коронным разрядом (JP, PN: 03181393, JP₁ PN: 62121695), требующим для своего осуществления высоковольтного напряжения не менее 3000В.

Устройство для осуществления этого способа (JP₁ PN: 03181393, JP,

PN: 62121695) содержит реакционную камеру, снабженную

15 приспособлением для подачи в неё обрабатываемой жидкости, в корпусе которой горизонтально установлены друг против друга два плоских электрода, соединенные с источником высокого напряжения.

Известен способ обработки водной среды (WO 98/09722) плазмой газового разряда, индуцируемого электрическим коронным разрядом, 20 возбуждаемым над слоем жидкости при напряжении (1-20кB).

Устройство для осуществления этого способа (WO 98/09722) содержит реакционную камеру, в корпусе которой установлены, по меньшей мере, два электрода, один из которых расположен над поверхностью обрабатываемой жидкости и соединен с источником высоковольтного напряжения (1-20кB), а 25 второй электрод покрыт этой жидкостью. Устройство содержит приспособление для подачи обрабатываемой жидкости в реакционную камеру, и приспособление для создания вакуума внутри этой камеры.

Известен способ обработки водной среды (RU 2136600, 2164499) в проточном режиме плазмой газового разряда, индуцируемого зо электрическими барьерными разрядами, возбуждаемыми с помощью высоковольтных электродов, снабженных диэлектрическим покрытием - электроизоляционным барьером. Устройство для осуществления этого способа (RU 2136600) содержит реакционную камеру, в корпусе которой размещены узлы создания и отвода водогазовой смеси и установлена электродная система в виде двух противолежащих гребенок, электроды которых снабжены диэлектрическими 5 барьерами, причем электроды одной из них расположены на расстоянии 1-15 мм от электродов другой. Устройство снабжено патрубками для подвода воды в реакционную камеру и вывода из неё.

Известно устройство для обработки воды плазмой газового разряда, индуцируемого электрическими разрядами в виде нитей (DE 4440813), ю содержащее реакционную камеру, два электрически изолированных друг от друга электрода, один из которых, принадлежащий газовой среде, выполнен в виде пластин, снабжен диэлектриком и системой охлаждения, и соединен с источником высокого напряжения (8-12кB) с частотой 200кГц, а другой покрываемый во время работы слоем жидкости, заземлен и является

15 корпусом. Устройство снабжено приспособлением для подачи обрабатываемой жидкости в реакционную камеру.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является взятый нами за прототип способ обработки водной среды (WO 02/058839) в проточном режиме плазмой газового разряда,

20 индуцируемого несамостоятельным тлеющим разрядом, создаваемым над поверхностью обрабатываемой жидкости при силе рабочего тока величиной 0,1-2OA и напряжении не более 500В при тактовой частоте 0,1-ЮOкГц и скважности не менее 1 ,3 и возбуждающем напряжении импульсного тока, имеющего величину 2-1 OKB, силу тока 30-5000мкA и длительность импульсов

25 0,01-20 мкс, при помощи разноименных электродов, один из которых покрыт этой жидкостью, а электрод противоположного потенциала находится в газовой среде. При этом в среде тлеющего разряда поддерживают температуру ниже температуры кипения обрабатываемой жидкости, давление 30-250 Тор, создают магнитное поле, а жидкость подают в виде зо турбулентного потока толщиной 0,5-5, 0мм.

Указанный способ реализуется в также наиболее близком по технической сущности к предлагаемому изобретению устройстве для обработки водной среды (WO 02/058838), взятом нами за прототип и содержащем реакционную камеру, в которой размещены, по меньшей мере, два кольцеобразных коаксиально установленных с зазором электрода - внутренний и наружный для создания несамостоятельного тлеющего разряда, магниты, установленные снаружи реакционной камеры напротив 5 внутренних электродов. Устройство снабжено соединенными с электродами источниками рабочего импульсного напряжения и возбуждающего напряжения импульсного тока, приспособлением для подачи водных растворов в реакционную камеру, приспособлением для создания вакуума внутри реакционной камеры и приспособление для охлаждения электродов. ю Общий недостаток описанных выше способов и устройств состоит в низкой эффективности очистки водных растворов при высоких исходных концентрациях загрязняющих веществ и заражающих компонентов и при их широкой номенклатуре и видам, а также в недостаточной глубине (степени) очистки при упомянутых выше условиях, при этом удельные энергозатраты

15 на единицу объёма очищаемой жидкости относительно велики. Кроме того, известные способы и устройства не гарантируют обеззараживание водных растворов от спорообразующих бактерий и вирусов.

Другой серьёзный недостаток ряда описанных выше способов и устройств состоит в необходимости использования высокого до 500 кВ и

20 выше напряжения, что небезопасно для обслуживающего персонала и окружающей среды.

Раскрытие изобретения

Основной технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности обработки,

25 а именно, расширение спектра одновременно нейтрализуемых загрязняющих и заражающих веществ и микроорганизмов, увеличение глубины очистки, обеспечение возможности обрабатывать водные среды с высокой исходной концентрацией загрязняющих веществ, при одновременном сокращении удельных затрат, а также повышение эффективности активации воды и зо водных растворов, а именно, увеличение глубины и расширение спектра модифицируемых и приобретаемых свойств, увеличение стабильности (длительности сохранения приобретенных в результате активации свойств) и устойчивости приобретаемых свойств к внешним воздействиям при одновременном сокращении удельных затрат, в том числе энергозатрат.

Другая задача состоит в обеспечении возможности регулировать в широких пределах модифицируемые и/или вновь приобретаемые 5 физические, химические и биологические свойства воды или водных растворов при их активации.

Поставленные задачи решаются тем, что, согласно изобретения, предлагается способ обработки воды и водных растворов плазмой газового разряда, заключающийся в том, что на указанную жидкость, формируемую в ιо виде потока и граничащую с газовой средой, одновременно воздействуют полной совокупностью факторов плазмы комбинированного импульсного газового разряда, который индуцируют и поддерживают двумя основными электрическими импульсными разрядами разной частоты при условии предварительной ионизации указанной газовой среды.

15 При этом предварительную ионизацию указанной газовой среды для поддержания двух основных электрических импульсных разрядов обеспечивают двумя предионизирующими импульсными электрическими разрядами одной или разной частоты, или двумя предионизирующими барьерными электрическими разрядами одной или разной частоты, или

20 одним предионизирующим импульсным и одним предионизирующим барьерным электрическими разрядами одной или разной частоты..

В предпочтительном варианте один из указанных основных импульсных электрических разрядов (разряд I) формируют с частотой следования импульсов положительной и/или отрицательной полярности от

25 10Гц до 5кГц, коэффициентом заполнения периода импульсами от 1% до 99%, со средним током в разряде до 12A, при рабочем напряжении от 350В до 2000B, другой из указанных основных импульсных электрических разрядов (разряд II) формируют с частотой следования импульсов положительной и/или отрицательной полярности от 5кГц до 80кГц, зо коэффициентом заполнения импульсами периода от 1% до 99%, со средним током в разряде до 10A, при рабочем напряжении от 350В до 2000B, при этом электрический разряд Il формируют в виде пачки импульсов в интервале между импульсами электрического разряда I. Также в предпочтительном варианте указанные предионизирующие импульсные электрические разряды генерируют в частотном диапазоне от ЮкГц до 250кГц, с длительностью импульсов напряжения не более 2мкceк, положительной и/или отрицательной 5 полярности, при напряжении от ЗкВ до 20кB, а указанные барьерные разряды, генерируют в частотном диапазоне от ЮкГц до 150кГц, с длительностью импульсов напряжения не более 2мкceк чередующейся полярности, или чередующейся полярности с преобладанием положительной или отрицательной амплитуды, при напряжении от ЗкВ до ю 25кB.

Для повышения эффективности обработки дополнительно на комбинированный разряд и обрабатываемую жидкость воздействуют магнитным полем - постоянным или импульсным с величиной магнитной индукции, по меньшей мере, 0,01Tл.

15 Целесообразно указанный поток обрабатываемой жидкости формировать толщиной от 0,3мм до Змм при поддержании в нем условий турбулентности, а в указанной газовой среде поддерживать давление от 10 Торр до атмосферного.

Целесообразно также вводить в обрабатываемую жидкость воздух или

20 иной кислородсодержащий газ, например, путем его барботирования через эту жидкость.

Поставленные задачи решаются также тем, что, согласно изобретения, предлагается устройство для осуществления заявленного способа обработки воды и водных растворов плазмой газового разряда, содержащее:

25 - реакционную камеру, в которой предусмотрены вход и выход для подачи и слива обрабатываемой жидкости, и выход для создания разряжения газовой среды,

-электроды, гальванически развязанные между собой, -один из которых (электрод «A»), выполнен в виде трубы, стенка которой зо является боковой стенкой указанной реакционной камеры, и предназначен совместно с электродами противоположной полярности для генерирования комбинированного импульсного газового разряда, а также служит для формирования потока указанной жидкости, -другой электрод (электрод «B»), по меньшей мере один, выполнен цилиндрической или бочкообразной формы, установлен внутри указанной реакционной камеры коаксиально указанному электроду «A», является электродом противоположной полярности для генерирования 5 комбинированного импульсного газового разряда и генерирования предионизирующего импульсного разряда, - источники электропитания, соединенные с указанными электродами.

Предлагаемое устройство может быть снабжено дополнительным электродом (электрод «C»), по меньшей мере одним, выполненным из ю проводников, заключенных по отдельности в диэлектрический барьер, и соединенных в виде «бeличьeгo кoлeca» или клетки цилиндрической или бочкообразной формы, и установленным внутри указанной реакционной камеры поверх указанного электрода «B», и дополнительным источником электропитания, соединенным с указанным электродом «C», при этом

15 электрод «C» является электродом противоположной полярности относительно электрода «B» для генерирования предионизирующего барьерного разряда.

В предпочтительном варианте осуществления указанный электрод «A» выполнен с обработкой внутренней поверхности указанной стенки для

20 увеличения её смачиваемости и установлен с возможностью съема.

Электрод «A» может быть выполнен с покрытием из тантала, или молибдена, или платины, или иридиума.

Электрод «A» может быть выполнен из металла, устойчивого, преимущественно, к кислым и/или щелочным средам, например,

25 нержавеющей стали, или титана или из керамики с размещенными на его внутренней поверхности проводниками, при этом проводники могут быть выполнены линейной, или сетчатой, или спиральной формы из коррозионностойкого металла, обладающего низкой эрозией, например, вольфрама, или молибдена, или платины, и размещены вдоль, или поперек, зо или под углом к продольной оси указанного электрода «A».

Для обеспечения возможности барботирования воздуха или кислородсодержащего газа в указанную реакционную камеру в стенке электрода «A» предусмотрены поры, при этом электрод «A» выполнен, например, из пористого титана, или пористой нержавеющей стали, или пористой керамики с вмонтированными в неё проводниками, а реакционная камера снабжена наружной рубашкой, установленной, с возможностью съёма, с внешней стороны реакционной камеры.

5 Проводники, вмонтированные в керамику электрода «A», могут быть выполнены линейной, или сетчатой, или спиральной формы из коррозионностойкого металла, обладающего низкой эрозией, например, вольфрама, или молибдена, или платины, и размещены вдоль, или поперек, или под углом к продольной оси указанного электрода «A». ю В предпочтительном варианте электрод «B» выполнен с ребрами, или пазами, равномерно размещенными на его боковой поверхности, и с плавно закругленной торцевой частью, из тугоплавкого электропроводного материала, например, из вольфрама, или карбида вольфрама, или подобного материала, и установлен относительно электрода «A» с зазором

15 от Змм до 20мм.

В одном из вариантов выполнения электрод «C» установлен с возможностью съема.

Диэлектрический барьер, в который заключены проводники указанного электрода «C», может быть выполнен, например, из кварца, или оксида

20 алюминия, или оксида титана, или оксида тантала, или глазурованной эмали, или подобного материала.

В одном из вариантов осуществления предлагаемое устройство снабжено приспособлением в виде теплообменника, обеспечивающего охлаждение указанного электрода «B», и приспособлением,

25 обеспечивающим возможность подачи на этот теплообменник охлаждающей жидкости, например, трансформаторного масла, при этом, в предпочтительном случае, электрод «B» установлен непосредственно на этот теплообменник.

Указанный теплообменник выполнен из материала, имеющего зо коэффициент теплопроводности не менее чем 200Bт/мK, например, медного металловойлока.

Для обеспечения возможности создания турбулентного потока обрабатываемой жидкости указанная реакционная камера снабжена приспособлением, выполненным в виде форсунок, установленных в верхней части указанной реакционной камеры тангенциально внутренней поверхности реакционной камеры, в частном варианте под углом от 70° до 88° относительно продольной оси реакционной камеры.

5 В частном варианте осуществления устройство снабжено приспособлением для создания в указанной реакционной камере, по меньшей мере, одного магнитного поля, которое выполнено в виде магнитов, установленных с возможностью съёма снаружи этой камеры напротив электрода «B». ю Устройство также может быть снабжено приспособлением для создания на входе в указанную реакционную камеру постоянного или импульсного магнитного поля, имеющего величину магнитной индукции по меньшей мере 0,1Tл и направление вектора магнитной индукции вдоль или поперек вектора движения потока указанной жидкости, выполненным в виде

15 по меньшей мере одного магнита, установленного с возможностью съёма вне реакционной камеры.

Сущность изобретения заключается в том, что комбинированный импульсный газовый разряд обеспечивает создание в межэлектродном пространстве в последовательно разнесенных в пространстве разрядных

20 промежутках-зонах над поверхностью обрабатываемой жидкости (воды или водного раствора) низкотемпературной плазмы, которая воздействует всеми своими факторами на поток обрабатываемой жидкости, по мере прохождения потоком обрабатываемой жидкости этих зон.

В процессе формирования низкотемпературной плазмы

25 комбинированным импульсным газовым разрядом в ней происходит образование ионов, возбужденных молекул воды и вторичных электронов, а затем образование первичных активных частиц - радикалов ОН^*, H^*, О* и N*, а также сольватированных электронов, и вторичных - устойчивого окислителя -перекиси водорода H₂O₂. зо Кроме того, обрабатываемая жидкость подвергается воздействию ударных волн, бомбардировке потоком заряженных частиц, воздействию электромагнитного излучения в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и радио диапазонах. При этом образовавшиеся химически активные частицы могут накапливаться в воде и растворе, изменяя их проводимость и другие параметры, а химические взаимодействия образовавшихся активных частиц ведут к изменению их свойств в целом. В зависимости от условий 5 проведения процесса и состава воды и водного раствора действие комбинированного разряда может приводить как к окислению, так и к восстановлению компонентов. Воздействия комбинированного разряда также приводят к изменению кластерной и энергетической структуры воды и/или водного раствора. ю Предлагаемые способ и устройство обеспечивают возможность подбора соответствующих частотных характеристик воздействия, что, в свою очередь, обеспечивает параметрический характер взаимодействия плазмы газового разряда с загрязнённой и/или заражённой водой или водным раствором и соответственно повышает эффективность их обработки. 15 Возможность многочастотного и широкодиапазонного воздействия на загрязнённую и/или заражённую воду или водные растворы позволяет селективно обрабатывать различные загрязняющие вещества в области характеристических частот.

Одновременное воздействие всех факторов комбинированного газового

20 разряда на загрязнённую воду или водные растворы создаёт в области взаимодействия воды и плазмы преимущественные условия для протекания химических реакций и физических процессов, приводящих к очистке и обеззараживанию воды и водных растворов: в том числе таких реакций, как окисление, восстановление и гидратация, 25 - а также химическое взаимодействие примесей, содержащихся в воде, с продуктами разрядного взаимодействия;

- взаимодействие примесей (в том числе микроорганизмов) с излучением в радиочастотном, ИК (инфракрасном), УФ (ультрафиолетовом) и видимом диапазонах, зо - взаимодействие с ударными акустическими волнами и взаимодействие с потоком заряженных частиц.

Обработка воды и водных растворов плазмой комбинированного газового разряда приводит к изменению структуры воды, её кластеры при этом уменьшаются в размерах, одновременно происходит генерация реакционноспособных частиц и компонентов, а именно, ионов водорода, кислорода, гидроксила, ионов перекисных и надперекисных соединений, перекиси и надперекиси водорода, атомарного кислорода и др., как правило, 5 в возбуждённом состоянии, за счет чего обрабатываемая жидкость (вода или водный раствор) становится каталитической средой для протекания вышеупомянутых реакций.

Загрязняющие вещества в результате взаимодействия загрязнённой воды или водных растворов с плазмой комбинированного газового разряда ю либо переходят в нерастворимую или слабо растворимую форму, либо полностью или частично разрушаются, либо образуют новые нетоксичные соединения. Заражающие компоненты - бактерии, вирусы, мицелии полностью дезактивируются, а их останки разрушаются.

Предлагаемый способ обеспечивает эффективную очистку сточных

15 вод различного происхождения, включая промышленные и бытовые стоки, и доочистку питьевой воды от тяжёлых металлов (в том числе Fe, Mn, Al, Ag, Ni, As, Со, Cu, Pb, Zn, Mo, Sr, Ti, Va, Zr, Cd, Cr, Hg), радионуклидов, органических загрязнителей (органические вещества искусственного и естественного происхождения, включая продукты нефтепереработки и др.),

20 токсичных веществ, диоксинов, поверхностноактивных веществ, а также позволяет полностью уничтожить находящиеся в воде бактерии, вирусы и мицелии грибов. При этом при обработке загрязнённой воды плазмой комбинированного газового разряда практически не меняется исходное содержание в воде солей щелочных и щелочноземельных металлов, крайне

25 необходимых для жизнедеятельности человека, животных и для роста растений.

Предлагаемый способ эффективен в широком диапазоне исходных концентраций загрязняющих и заражающих веществ, а также в широком диапазоне всевозможных комбинаций загрязняющих и заражающих веществ. зо Предлагаемый способ пригоден для очистки от загрязнений, имеющих исходную концентрацию несколько десятков грамм на литр. Концентрация загрязняющих веществ после очистки соответствует требованиям соответствующих стандартов, что позволяет осуществлять сброс очищенной воды в открытые водоёмы, или повторно использовать её в технологических процессах, а в случае доочистки питьевой воды - приводить её в соответствие требованиям стандартов, предъявляемым к питьевой воде.

5 Использование приема барботирования обрабатываемой жидкости (воды и водных растворов) воздухом или другим кислородосодержащим газом в процессе её плазменной обработки значительно усиливает окислительные процессы деструкции загрязнителей и повышает эффективность очистки, обеспечивает стабильность плазменного процесса, а также повышает ю степень наработки окислителей в воде и/или водных растворах, в том числе перекиси водорода (H₂O₂.)

Воздействие постоянным или импульсным магнитным полем с величиной магнитной индукции, по меньшей мере, 0,01Tл в зоне электрических разрядов обеспечивает образование достаточно однородной

15 плазмы во всем объеме реакционной камеры, особенно при высоких рабочих токах разрядов и при повышенных давлениях газовой среды, что также способствует повышению эффективности предлагаемого способа плазменной обработки.

Проведение обработки воды или водных растворов в проточном

20 режиме, при формировании потока обрабатываемой жидкости в виде тонкой пленки толщиной от 0,3мм до Змм в условиях закручивания потока относительно продольной оси реакционной камеры, корпус которой является электродом, и поддерживания в потоке условий турбулентности также способствует повышению эффективности предлагаемого способа

25 плазменной обработки.

Использование в предлагаемом способе комбинированного импульсного газового разряда, индуцируемого двумя основными электрическими импульсными разрядами разной частоты с предварительной ионизацией газовой среды предионизирующим импульсным электрическим зо разрядом или барьерным разрядом, в едином технологическом процессе и в одной реакционной камере, с применением дополнительного воздействия на обрабатываемую жидкость магнитным полем и в условиях барботирования этой жидкости воздухом или кислородсодержащим газом, приводит к ускорению обработки воды и водных растворов в 2 и более раз, при снижении суммарной эффективной мощности более чем 1 ,5-2,5 раза, что позволяет проводить более глубокую и высокоэффективную обработку водной среды по сравнению с известными аналогами.

5 Универсальность предложенного способа и устройства позволяет изменять в заявленных пределах технологические параметры процесса обработки воды или водных растворов для получения желаемых результатов обработки без изменения базовой технологии и конструкции узлов устройства. ю Это позволяет обрабатывать воду и водные растворы природного, техногенного, растительного, животного и человеческого происхождения при широком спектре их исходных количественных и качественных параметров с целью их очистки, обеззараживания и активации с высокой степенью эффективности, обеспечивающей:

15 -возможность повторного использования очищенных и обеззараженных растворов в производстве, сброса в открытые водоемы и канализацию и, в отдельных случаях, использования в качестве питьевой воды;

-возможность использовать активированную плазмой воду и водные

20 растворы в различных областях человеческой деятельности: промышленности, сельском хозяйстве, медицине и фармакологии, обеспечении жизнедеятельности и функционирования инфраструктуры, экологии и т.д.

Предлагаемые способ и устройство согласно изобретения применяются

25 для:

- очистки воды и водных растворов, содержащих загрязняющие вещества, представляющие собой органические и неорганические вещества, тяжелые металлы, флюориты, нефтепродукты, радионуклиды, ПАВ, патогенные микроорганизмы; зо - активации воды или водных растворов, представляющих собой дистиллят, би-дистиллят, три-дистиллят, питьевую воду, солевой раствор, технологические растворы и водные субстанции. Предлагаемый технологический процесс является экологически чистым и не требует применения каких - либо химических реагентов.

5 Краткое описание иллюстраций.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведены примеры конкретного осуществления заявленных способа и устройства со ссылками на прилагаемые иллюстрации, где:

На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства для обработки ю воды и водных растворов плазмой газового разряда;

На Фиг. 2 представлена реакционная камера в поперечном сечении, по линии A-A (в зоне создания комбинированного импульсного газового разряда и магнитного поля в условиях подачи кислородосодержащего газа);

На Фиг. 3 представлено изображение электродов реакционной камеры 15 в объемной проекции;

На Фиг. 4 представлен график зависимости поглощения светового излучения от длины волны в кювете с активированной плазмой водой с оптической длиной 0,1см (цифры напротив кривой означают степень обработки в относительных единицах).

20 На Фиг. 5 представлен график количества колониеобразующих бактерий штамма E. соli JM109 после воздействия активированной плазмой водой в зависимости от времени воздействия.

На Фиг. 6 представлен график зависимости количества микроорганизмов Сапdidа аlbiсапs в образце с активированной плазмой 25 водой и контрольном образце в зависимости от времени воздействия.

Как изображено на прилагаемых чертежах, устройство для обработки воды и водных растворов (далее жидкости) плазмой газового разряда (Фиг.1) содержит замкнутую реакционную камеру 1 , заполненную газовой средой, например воздухом. В этой реакционной камере 1 при заданном и зо поддерживаемом давлении газовой среды возбуждается комбинированный импульсный газовый разряд, с помощью которого осуществляется обработка жидкости. Также, в реакционной камере 1 осуществляется воздействие на обрабатываемую жидкость постоянным или переменным (импульсным) магнитным полем и барботирование жидкости воздухом или иным кислородосодержащим газом.

Приспособление, обеспечивающее подачу обрабатываемой жидкости в реакционную камеру 1 при заданной температуре, содержит входной

5 электроклапан 2, входной механический фильтр 3 грубой очистки, теплообменник 4, магнит 5, регулятор 6 расхода с расходомером и соединяющие трубопроводы 7 и 8.

Другое приспособление, обеспечивающее слив обработанной жидкости (воды или водного раствора) из реакционной камеры 1 , содержит ю откачивающий насос 9 объемного типа, выходной механический фильтр 10 тонкой очистки для очистки обрабатываемой жидкости от коагулированных взвесей, выходной электроклапан 11 и соединяющий трубопровод 12.

В случае обработки сильно загрязненных жидкостей, а также для достижения высокой степени активации, в реакционной камере 1 может

15 проводиться циклическая (многократная) обработка жидкости. Для этого предусмотрено приспособление, обеспечивающее подачу обрабатываемой жидкости с выхода реакционной камеры 1 на ее вход, которое содержит откачивающий насос 9 объемного типа, промежуточный электроклапан 13, промежуточный механический фильтр 14 средней очистки, теплообменник 4,

20 магнит 5, регулятор 6 расхода с расходомером и соединяющие трубопроводы 8, а также трубопровод 15.

Сбор жидкости после её обработки в реакционной камере 1 осуществляют в выходном коллекторе 16.

В реакционной камере 1 размещен блок 17 электродов.

25 Предусмотрено приспособление, обеспечивающее охлаждение блока

17 электродов реакционной камеры 1 , которое включает масляный насос 18, теплообменник 19, датчик 20 давления, расширительный бачок 21 и соединяющий трубопровод 22.

Приспособление, обеспечивающее разряжение в реакционной камере зо 1 , включает вакуумный насос 23, датчик 24 давления, дренажный электроклапан 25 и трубопровод 26.

Реакционная камера 1 выполнена в виде замкнутой камеры (Фиг.2 и Фиг.З) и размещена вертикально. Реакционная камера 1 содержит корпус, выполненный в виде трубы, установленной с возможностью её быстрого съёма. Эта труба является электродом «A» 27 и в процессе работы устройства её внутренняя поверхность покрывается обрабатываемой жидкостью.

5 Электрод 27 совместно с электродами противоположной полярности предназначен для генерирования и поддержания комбинированного импульсного газового разряда.

В частном случае выполнения, электрод 27 реакционной камеры 1 выполнен с внутренним диаметром от 40 до 200 мм, высотой от 300 до 1500 ю мм. Стенка электрода 27 является боковой стенкой указанной реакционной камеры 1 и выполнена с обработкой внутренней поверхности, увеличивающей смачиваемость этой стенки.

Электрод 27 выполнен из материала устойчивого преимущественно к кислым и/или щелочным средам, например, из нержавеющей стали, или

15 титана, или с покрытием из тантала, молибдена, платины или иридиума. Электрод 27 может быть выполнен из керамики с размещенными на его внутренней поверхности проводниками, выполненными из коррозионностойкого металла, обладающего низкой эрозией, например, из вольфрама, или молибдена, или платины. Указанные проводники могут быть

20 выполнены линейной, или сетчатой, или спиральной формы и размещены вдоль, или поперек, или под углом к продольной оси электрода 27. Электрод 27 может быть выполнен с порами для барботирования воздуха или иного кислородосодержащего газа в реакционную камеру 1 , например, из пористого титана, или пористой нержавеющей стали, или пористой керамики

25 с вмонтированными в нее проводниками, при этом материал электрода 27 не должен оказывать каталитического воздействия на обрабатываемую жидкость.

Приспособление для барботирования обрабатываемой жидкости воздухом или кислородосодержащими газами сквозь поры пористого зо материала, из которого может быть выполнен электрод 27, включает отсечной электроклапан 28, баллон 29 с кислородосодержащий газом, находящимся под давлением, или компрессор 30 и соединяющий трубопровод 31. Блок 17 электродов содержит электрод «B» 32, по меньшей мере один, который установлен внутри реакционной камеры 1 коаксиально электроду 27 с зазором между ними, в частном случае выполнения, от Змм до 20мм, является электродом противоположной полярности относительно 5 электрода 27 и предназначен для генерирования и поддержания двух основных электрических импульсных разрядов и предионизирующего импульсного электрического разряда. Электрод 32 выполнен цилиндрической или бочкообразной формы с ребрами или пазами, равномерно размещенными на его боковой поверхности, и с плавно ю закругленной торцевой частью из тугоплавкого электропроводного материала, например, из вольфрама, карбида вольфрама, или подобного материала. Электрод 32 также может быть выполнен с наружной поверхностью из тугоплавкого электропроводного материала, например, из вольфрама, карбида вольфрама, или подобного материала.

15 Еще один электрод «C» 33, по меньшей мере один, выполнен из проводников, заключенных по отдельности в диэлектрический барьер и соединенных в виде «бeличьeгo кoлeca» или клетки цилиндрической или бочкообразной формы. Электрод 33 установлен (посажен) с возможностью его съема поверх электрода 32. Электрод 33 совместно с электродом 32

20 обеспечивает генерацию предионизирующего барьерного разряда. Указанный диэлектрический барьер, в который заключены проводники электрода 33, выполнен, например, из кварца, оксида алюминия, оксида титана, оксида тантала, глазурованной эмали или подобных материалов.

Все электроды 27 «A», 32 «B» и 33 «C» между собой гальванически

25 развязаны.

В блоке 17 электродов количество электродов 32 «B» и 33 «C» может быть от одного до нескольких.

Количество электродов в реакционной камере 1 определяется в зависимости от заданной величины объёма обрабатываемой жидкости в зо единицу времени, и/или в зависимости от желаемой степени этой обработки. Устройство снабжено приспособлением для охлаждения электрода 32, выполненным в виде теплообменника 34, на котором установлен (посажен) электрод 32, с возможностью подачи на этот теплообменник 34 диэлектрической охлаждающей жидкости, например: трансформаторного масла. Теплообменник 34 выполнен из металла, имеющего коэффициент теплопроводности не менее чем 200Bт/мK, например, из медного металловойлока.

5 Теплообменники 34 гальванически развязаны между собой диэлектрическими пустотелыми втулками 35. Втулки 35 выполнены из керамики или теплостойких, диэлектрических полимеров.

Реакционная камера 1 содержит приспособление, формирующее турбулентный и закрученный относительно оси электрода 27 поток жидкости ю и регулирующее его толщину. Приспособление выполнено в виде ряда съемных форсунок 36, в свою очередь выполненных из твердых коррозионностойких материалов или карбидов и установленных в верхней части реакционной камеры 1 тангенциально внутренней поверхности реакционной камеры 1 , в частном варианте под углом от 70° до 88°

15 относительно продольной оси реакционной камеры 1. Форсунки 36 выполнены по условию соотношения длины форсунки к ее диаметру не менее 8:1.

Форсунки 36 вместе с электродом 27 формируют по внутренней поверхности трубы 27 и поддерживают непрерывный поток жидкости 20 толщиной от 0,3мм до Змм.

Для равномерной подачи обрабатываемой жидкости на форсунки 36 в устройстве предусмотрен входной коллектор 37, установленный с внешней стороны обоймы 38 реакционной камеры 1.

В обойме 38 предусмотрены каналы 39, выполненные в виде 25 отверстий, равномерно расположенных по окружности.

Для создания и поддержания необходимого разряжения в реакционной камере 1 в устройстве предусмотрен газовый коллектор 40, установленный с внешней стороны обоймы 38 реакционной камеры 1 .

Реакционная камера 1 снабжена наружной рубашкой 41 для подачи зо кислородсодержащего газа в эту камеру 1 через электрод 27, который при этом выполнен из пористого материала. Рубашка 41 установлена с внешней стороны реакционной камеры 1 с возможностью ее съёма.

Электрод 27 установлен в обойму 38, и, как правило, заземлен. Электрод 32 связан проводником 42 с источниками электропитания 44 и 45, а электрод 33 связан проводником 43 с источником электропитания 46.

Источник 44 электропитания предусмотрен для индуцирования одного

5 или двух основных электрических импульсных разрядов, источник 45 электропитания - для индуцирования одного или двух предионизирующих импульсных электрических разрядов, а источник 46 электропитания - для индуцирования одного или двух предионизирующих барьерных разрядов.

Управление и контроль работы всего устройства обеспечивает ю контроллер 47, соединенный с источниками электропитания 44, 45 и 46, датчиками 20 и 24, электроклапанами 2, 11 , 13, 25 и 28, и электродвигателями (на чертежах не обозначены) из состава насосов 9, 18,

23 и компрессора 30 (связи на Фиг.1 не обозначены).

Устройство снабжено магнитами 48 кольцеобразной формы, которые 15 установлены с внешней стороны электрода 27 напротив электродов 32 с возможностью их съёма. Магниты 48 могут быть выполнены разъемными.

В частном случае выполнения магнит 5 установлен на входе реакционной камеры 1 и выполнен с возможностью обеспечения постоянного или переменного (импульсного) магнитного поля с величиной магнитной 20 индукции более 0,1 Тл и направлением вектора магнитной индукции вдоль или поперек вектора движения потока обрабатываемой жидкости. Магнит 5 может отсутствовать в устройстве.

Для поддержания температуры обрабатываемой жидкости ниже температуры её кипения при определенном, поддерживаемом в реакционной 25 камере 1 давлении, в устройстве предусмотрен теплообменник 4.

Устройство работает следующим образом:

Управляющие сигналы контроллера 47 по заданной программе воздействуют на все исполнительные средства устройства. зо Во внутреннем объеме реакционной камеры 1 с помощью вакуумного насоса 23, газового коллектора 40, отсечного электроклапана 25 и трубопровода 26 создают давление от 10 Торр до атмосферного. В другом случае осуществления работы устройства с помощью только электроклапана 25 создают давление равное 1Aтм, при этом в качестве газовой среды используют воздух.

Поддержание давления осуществляют с помощью дренажа электроклапана 25. 5 Контроль заданного давления газовой среды в реакционной камере 1 осуществляют с помощью датчика 24 давления.

Затем с помощью масляного насоса 18 через теплообменник 19, расширительный бачок 21 и трубопровод 22 с контролем давления в системе с помощью датчика 20 давления осуществляют прокачивание ю охлаждающего трансформаторного масла внутри блока электродов 17 газовой фазы для охлаждения электрода 32 с помощью теплообменника 34.

Теплообменник 19 обеспечивает охлаждение трансформаторного масла, тем самым способствует поддержанию в реакционной камере 1 стабильной низкотемпературной плазмы и температуры обрабатываемого раствора 15 ниже температуры его кипения при заданном давлении в реакционной камере 1.

Далее, по управляющему сигналу контроллера 47 открывается входной электроклапан 2 и обрабатываемая жидкость через входной механический фильтр 3 грубой степени очистки, теплообменник 4, магнит 5, 20 регулятор 6 расхода с расходомером и трубопровод 8 поступает во входной коллектор 37 реакционной камеры 1.

Теплообменник 4 обеспечивает пониженную и стабильную температуру обрабатываемой жидкости и, особенно, при циклическом режиме её обработки. 25 С помощью форсунок 36 на внутренней поверхности электрода 27 формируется и поддерживается закрученный относительно оси электрода 27 тонкопленочный турбулентный поток обрабатываемой жидкости толщиной от 0,3мм до Змм.

В реакционной камере 1 на обрабатываемую жидкость воздействуют зо плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцируют следующим образом: Подают напряжение на электроды 27 и 32 от источника 45 с помощью проводника 42 и возбуждают предионизирующий импульсный электрический разряд.

В другом варианте осуществления способа после подачи напряжения на 5 электроды 32 и 33 от источника 46 с помощью проводника 43, возбуждают предионизирующий барьерный разряд.

Далее, после подачи напряжения на электроды 27 и 32 от источника 44 по проводнику 42, возбуждают два основных электрических импульсных разряда разной частоты, которые совместно с предионизирующими ю разрядами обеспечивают и поддерживают комбинированный импульсный газовый разряд в реакционной камере 1. Импульсы тока одного из основных импульсных разрядов формируют в виде пачек импульсов в интервале

(паузе) между импульсами тока другого из указанных импульсных разрядов.

В частном случае осуществления способа один из указанных основных

15 импульсных электрических разрядов (разряд I) формируют с частотой следования импульсов положительной и/или отрицательной полярности от 10Гц до 5кГц, коэффициентом заполнения периода импульсами от 1% до 99%, со средним током в разряде до 12A, при рабочем напряжении от 350В до 2000B, другой из указанных основных импульсных электрических

20 разрядов (разряд II) формируют с частотой следования импульсов положительной и/или отрицательной полярности от 5кГц до 80кГц, коэффициентом заполнения импульсами периода от 1% до 99%, со средним током в разряде до 10A, при рабочем напряжении от 350В до 2000B, при этом электрический разряд (II) формируют в виде пачки импульсов в

25 интервале между импульсами электрического разряда (I).

Такие условия возбуждения и поддержания комбинированного газового разряда в реакционной камере 1 позволяют вести процесс обработки жидкости с возможностью управления параметрами обработки, а именно: интенсивностью и частотными характеристиками воздействия по всем зо факторам комбинированного газового разряда за счёт изменения электрических параметров основных и предионизирующих разрядов в пределах заявленного диапазона для каждого из основных электрических импульсных разрядов. Конструкция предлагаемого устройства позволяет устанавливать различные параметры разряда в разных реакционных зонах реакционной камеры 1.

Одновременно с обработкой жидкости в реакционной камере 1 комбинированным импульсным газовым разрядом можно осуществлять 5 барботирование обрабатываемой жидкости воздухом или другим кислородосодержащим газом сквозь поры пористого материала электрода

27, покрываемого по всей его поверхности пленкой текущего потока обрабатываемой жидкости. Предварительно, из баллона 29 с находящимся в нем под давлением кислородосодержащим газом, или компрессора 30, в ю рубашку 41 подается кислородосодержащий газ. Кислородосодержащий газ подается через электроклапан 28 по трубопроводу 31 и заполняет объем рубашки 41 при заданном давлении.

В дополнение к факторам комбинированного импульсного газового разряда, индуцируемого в реакционной камере 1 , на обрабатываемую 15 жидкость можно воздействовать постоянным или переменным (импульсным) магнитным полем, создаваемым магнитом 48.

Обработанная жидкость стекает по внутренней поверхности электрода

27 в выходной коллектор 16, откуда с помощью откачивающего насоса 9 объемного типа подаётся на выходной механический фильтр 10 тонкой 20 очистки для извлечения нерастворимых, слаборастворимых, коагулированных и абсорбированных осадков, а далее на электроклапан 11 и по трубопроводу 12 на слив.

При необходимости получения высокой степени очистки жидкости для удаления сложных загрязнений, плохо поддающихся разложению, а также 25 для получения высоких параметров активации воды и водных растворов, жидкость обрабатывают в циклическом режиме. Для этого, уже обработанную в реакционной камере 1 жидкость с помощью откачивающего насоса 9 объемного типа, через электроклапан 13, промежуточный механический фильтр 14 средней степени очистки, теплообменник 4, магнит зо 5, регулятор 6 расхода с расходомером по трубопроводу 8 возвращают во входной коллектор 37 реакционной камеры 1 для повторной обработки. Этот процесс может быть повторен многократно. Обрабатываемая жидкость может подвергаться дополнительному воздействию магнитным полем за счет магнита 5, установленного на входе в реакционную камеру 1.

Обработанную таким образом жидкость подают потребителю. 5 Примеры осуществления изобретения.

Пример Ns1.

Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность осуществления и эффективность способа очистки воды от тяжелых металлов плазмой комбинированного газового разряда. ю Для проверки эффективности способа очистки воды брали водный раствор pH=6,9, содержащий ионы металлов при исходной концентрации: Fe²⁺=192мГ/л, Pb²⁺=O, 32мГ/л, Hg²⁺=O, 14мГ/л, Cd²⁺=0,29мГ/л, Cг⁶⁺=69мГ/л, Ni²⁺=24мГ/л, Mo⁴⁺=I ЗмГ/л и Co⁴⁺=I 9мГ/л (общая концентрация загрязняющих веществ 317,75мГ/л).

15 Очистку раствора производили в предложенном устройстве (Фиг.1) для обработки воды и водных растворов плазмой газового разряда, которое позволяет реализовать предложенный способ.

В частном случае выполнения устройство содержит реакционную камеру 1 с электродами 27 и 32, источники электропитания 44 и 45,

20 контроллер 47, магнит 5, приспособление для создания давления в реакционной камере 1 , включающее вакуумный насос 23, датчик 24 давления, дренажный электроклапан 25 и трубопровод 26, приспособление для охлаждения электрода 32 в виде теплообменника 34, для которого предусмотрена возможность подачи диэлектрической охлаждающей

25 жидкости, например, трансформаторного масла, приспособление, обеспечивающее подачу обрабатываемого раствора в реакционную камеру 1 , включающее входной электроклапан 2, входной механический фильтр 3 грубой очистки, теплообменник 4, магнит 5, регулятор 6 расхода с расходомером и соединяющие трубопроводы 7 и 8, и приспособление, зо обеспечивающее слив обработанного раствора из реакционной камеры 1 , включающее откачивающий насос 9 объемного типа, выходной механический фильтр 10 тонкой очистки для очистки обрабатываемой жидкости от коагулированных взвесей, выходной электроклапан 11 и соединяющий трубопровод 12.

При этом электрод 27 реакционной камеры 1 выполнен из нержавеющей стали с внутренним диаметром приблизительно 98мм, 5 высотой около 950мм, расстояние между электродами 27 и 32 -8мм, электроды 32 установлены в количестве 4 экземпляров, магнит 5 выполнен с возможностью обеспечивать на входе в реакционную камеру 1 магнитное поле с величиной магнитной индукции 0,2Tл, в качестве газовой среды использовали атмосферный воздух. ю Для проведения очистки раствора во внутреннем объеме реакционной камеры 1 с помощью вакуумного насоса 23, газового коллектора 40, электроклапана 25 и трубопровода 26 создавали давление воздуха 50 Торр, которое поддерживали с помощью дренажа электроклапана 25 и датчика 24 давления.

15 Затем с помощью теплообменника 34 охлаждали электрод 32, как описано выше в разделе описание работы устройства, что способствует поддержанию в реакционной камере 1 стабильной низкотемпературной плазмы и температуры обрабатываемого раствора ниже температуры его кипения при заданном давлении в реакционной камере 1.

20 Далее, по управляющему сигналу контроллера 47 открывали входной электроклапан 2 для обеспечения поступления обрабатываемого раствора через входной механический фильтр 3 грубой степени очистки, теплообменник 4, магнит 5, регулятор 6 расхода с расходомером и трубопровод 8 во входной коллектор 38 реакционной камеры 1.

25 С помощью форсунок 36 на внутренней поверхности электрода 27 формировали и поддерживали закрученный относительно оси электрода 27 тонкопленочный турбулентный поток обрабатываемой жидкости толщиной около 0,65мм.

В реакционной камере 1 на обрабатываемый раствор воздействовали зо плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцировали как описано выше (в разделе описание работы устройства). Параметры разряда при обработке были следующими: 1) основной импульсный электрический разряд I: частота импульсов тока - 440Гц, коэффициент заполнения импульсами -25%; его предионизация осуществлялась электрическим импульсным разрядом с частотой 18кГц и длительностью импульса предионизации -1мкc; 5 2) основной импульсный электрический разряд II: частота импульсов тока -24кГц, коэффициент заполнения импульсами -25%; его предионизация осуществлялась электрическим импульсным разрядом с частотой 120кГц и длительностью импульса -О.Змкс.

Импульсы разряда Il генерировали пачками в период паузы между ю импульсами разряда I. Полярность импульсов всех разрядов относительно электрода 27 - положительная. Средний ток в основных разрядах I и Il составлял 1 ,65A. Рабочее напряжение разряда I -415В, разряда Il -430В.

Рабочее напряжение предионизирующих разрядов -5кB.

Слив обработанного раствора с выходного коллектора 16 15 осуществляли с помощью откачивающего насоса 9, выходного механического фильтра 10 тонкой степени очистки, электроклапана 11 и трубопровода 12.

После обработки загрязнённого раствора согласно предлагаемого способа остаточное содержание металлов в обработанном растворе

20 составило по данным аналитических измерений: Fe²⁺= ЮмкГVл, Pb²⁺=ЗмкГ/л,

Hg²⁺=I мкГ/л, Cd²⁺=1мкГ/л, Cг⁶⁺=28мкГ/л, Ni²⁺=5мкГ/л, Mo⁴⁺=I 5м кГ/л,

Co⁴⁺=6мкГ/л (суммарно 69мкГ7л).

Таким образом, приведенный пример осуществления предлагаемого способа обработки водных растворов плазмой газового разряда

25 продемонстрировал более высокую эффективность очистки водного раствора от металлов, чем способ-прототип WO02/058839 пример 1 и аналоги WO02/058838 пример 1 , WO02/058452 пример 4, а именно:

-одновременное удаление более широкого спектра загрязняющих веществ, в частности, удаление 8-ми загрязняющих компонентов, причем зо таких высокотоксичных как Pb²⁺, Hg² и Cd²⁺, при этом в описании указанного аналога сообщается об одновременном удалении не более 5 компонентов;

-возможность обработки растворов, имеющих более высокую исходную концентрацию загрязняющих компонентов, так исходная общая концентрация загрязняющих веществ в растворе составила

317,75мГ/л, а в описании аналога упоминается обработка водного раствора с исходной концентрацией загрязняющих веществ не более 105,8мГ/л. Следовательно, эффективность предлагаемого способа по этому 5 параметру больше чем в три раза превышает эффективность аналога;

-большую глубину очистки раствора, так остаточное общее количество металлов в растворе, обработанном по предлагаемому способу, составило 69мкГУл, а в описании аналога сообщается об остаточной (конечной) концентрации загрязняющих веществ -153мкГ/л., следовательно, остаточное ю загрязнение в случае применения предлагаемого способа в три раза ниже, чем в случае применения способа-аналога, при этом финальная концентрация загрязнителей в очищенной по предлагаемому способу воде находится на уровне требований Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), предъявляемых к питьевой воде, а финальная концентрация

15 загрязнителей в воде, очищенной по способу - аналогу, - только на уровне разрешённого ВОЗ сброса в открытые водоёмы.

При этом энергопотребление в случае применения предложенного способа в два раза ниже, чем в способе-аналоге.

Следовательно, приведенный пример подтверждает, что

20 предлагаемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, позволяет обеспечить высокоэффективную очистку сточных вод в производстве от неорганических загрязнителей, в том числе и от тяжелых и токсичных металлов. Пример N22.

25 Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность осуществления и эффективность способа очистки загрязненной воды плазмой комбинированного газового разряда от органических веществ, в частности от продуктов нефтепереработки.

Для проверки эффективности способа очистки воды брали воду, зо загрязнённую высокооктановым бензином с добавками MTBE (метил-трет- бутилового эфира) в концентрации околоЮмл бензина на литр воды (общая концентрация загрязняющих веществ -117л). Загрязненную воду, точнее водно-бензиновую эмульсию, обрабатывали в предложенном устройстве (Фиг.1 ), частный случай выполнения которого описан выше в примере Ns1 , за исключением того, что оно дополнительно снабжено электродами 33, источником электропитания

5 46 и магнитами 48.

При этом электрод 27 реакционной камеры 1 выполнен из пористой нержавеющей стали с внутренним диаметром около 98мм, высотой примерно 950мм, расстояние между электродами 27 и 32 -10мм, электроды 33 установлены в пазах электрода 32, электроды 32 и 33 установлены в ю количестве 4 экземпляра каждый, магниты 48 выполнены с возможностью обеспечивать в реакционной камере 1 магнитное поле с величиной магнитной индукции 0,02Tл, магнит 5 выполнен с возможностью обеспечивать на входе в реакционную камеру 1 магнитное поле с величиной магнитной индукции 0,2Tл, в качестве газовой среды использовали 15 атмосферный воздух, в процессе обработки в воду дополнительно вводили кислород.

Создавали, как описано в примере N°1 , давление воздуха во внутреннем объеме реакционной камеры 1 равное 300 Торр.

Охлаждали электрод 32 и обеспечивали формирование и 20 поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой жидкости, толщиной около 0,65мм, как описано в примере N°1.

Кроме того, с помощью баллона 29 с кислородом, электроклапана 28, трубопровода 31 в рубашку 41 подавали кислород, как описано в разделе описание работы устройства, и обеспечивали барботирование 25 обрабатываемой жидкости кислородом.

В реакционной камере 1 на загрязненную воду воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцировали и поддерживали двумя основными импульсными электрическими разрядами с предварительной ионизацией газовой среды. зо Параметры разряда при обработке были следующими:

1 ) основной импульсный электрический разряд I имел частоту импульсов тока -460Гц, и коэффициент заполнения импульсами -50%, его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой

20кГц и длительностью импульса предионизации -1мкc;

2) основной импульсный электрический разряд Il имел частоту импульсов тока -22кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%, его 5 предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 70кГц и длительностью импульса -0,5мкc.

Импульсы основного разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами основного разряда I. Полярность импульсов I и Il основных электрических разрядов относительно электрода 27 ю положительная, а полярность импульсов предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 - с преобладанием положительной полярности.

Средний ток в разрядах I и Il составлял 5A. Рабочее напряжение разряда I -500В, разряда Il -515В. Рабочее напряжение предионизирующих 15 разрядов -8кB.

Слив обработанной воды обеспечивали, как описано в примере Ns1.

Подробные данные по концентрации основных загрязняющих веществ до и после обработки приведены в Таблице 1. В целом контроль осуществлялся по 250 органическим веществам.

20 Как видно из таблицы 1 , в результате обработки исходной загрязненной воды плазмой комбинированного газового разряда согласно предлагаемого способа, содержание практически всех загрязняющих веществ в конечном продукте (обработанной воде) не превысило предельно допустимых концентраций, установленных федеральными стандартами США 25 для питьевой воды.

Таким образом, предлагаемый способ обработки водных растворов плазмой комбинированного газового разряда обеспечил:

- эффективную очистку от более широкого спектра загрязняющих веществ, включая такие загрязняющие вещества, как МТБЕ, при большей зо исходной концентрации загрязняющих компонентов в исходном растворе. Так исходная общая концентрация загрязняющих веществ в исходном растворе составила 1 Г/л, а в прототипе - WO02/058839, пример 6 - 246,5мГ/л; -более высокую степень очистки. Так остаточное содержание загрязняющих веществ составило по данным аналитических измерений 67 мкГ/л, а в прототипе - 4,5мГ/л;

-энергопотребление составляет 2,54кBт/чac на м³, а в прототипе - 3,84кBт/чac на м³, что в 1 ,5 раза ниже, чем в прототипе. Таблица 1.

^*) НПО- ниже предела обнаружения.

Следовательно, предлагаемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, может найти широкое применение для высокоэффективной очистки промышленных и коммунальных сточных вод от органических загрязнителей, в том числе и от нефтепродуктов.

Пример Ng 3.

Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность осуществления и эффективность способа обработки загрязнённых жидкостей плазмой комбинированного газового разряда применительно к морской воде, загрязнённой продуктами нефтепереработки.

Для проверки эффективности способа очистки морской воды от нефтепродуктов брали морскую воду, загрязнённую бензином и дизельным 5 топливом в соотношении около 10мл загрязняющего вещества на 1 литр морской воды. Минерализация морской воды составляла 27,6Г7л, а pH=6,11. Загрязненную воду, точнее водно-бензиновую эмульсию, обрабатывали в предложенном устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан выше в примере N°2, за исключением того, что количество ιо электродов 32 и 33 в данном варианте устройства составляет по 2 экземпляра.

При этом электрод 27 реакционной камеры 1 выполнен из нержавеющей стали с внутренним диаметром приблизительно 98мм, высотой около 950мм, расстояние между электродами 27 и 32 -10мм,

15 электроды 33 установлены в пазах электрода 32, в качестве газовой среды использовали атмосферный воздух.

Во внутреннем объеме реакционной камеры 1 создавали, как описано выше в примере N°1, давление воздуха равное 350 Торр.

Охлаждали электрод 32 и обеспечивали формирование и 20 поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой жидкости толщиной около 0,65мм, как описано выше (в примере N°1).

Барботирование обрабатываемой жидкости кислородом не проводили. В реакционной камере 1 на обрабатываемую воду воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который 25 индуцировали и поддерживали в реакционной камере 1 двумя основными импульсными электрическими разрядами с предварительной ионизацией. Параметры разряда при обработке были следующими: 1) основной импульсный электрический разряд I имел частоту импульсов тока -420Гц, коэффициент заполнения импульсами -25%, его зо предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 19кГц и длительностью импульса предионизации -1 мкc;

2)ocнoвнoй импульсный электрический разряд Il имел частоту импульсов тока -20кГц, коэффициент заполнения импульсами -25%, его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой

70кГц и длительностью импульса -0,5мкc.

Импульсы основного электрического разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами основного электрического разряда I. Полярность импульсов I и Il основных электрических разрядов относительно электрода 27 - положительная, а полярность импульсов предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 - с преобладанием положительной полярности. Средний ток в разрядах I и Il составлял 7A. Рабочее напряжение разряда I -345В, разряда Il -360В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов -4кB.

Подробные данные по концентрации основных загрязняющих веществ в морской вводе до и после её обработки приведены в Таблице 2. Всего контроль осуществлялся по 250 органическим веществам.

Таблица 2.

*) НПО- ниже предела обнаружения.

Как видно из таблицы 2, в результате обработки исходной загрязненной морской воды плазмой комбинированного газового разряда согласно предлагаемого способа, содержание практически всех загрязняющих веществ в конечном продукте (обработанной морской воде) не превысило предельно допустимых концентраций, установленных федеральными стандартами США для сброса в открытые водоёмы. 5 Таким образом, предлагаемый способ обработки морских вод плазмой газового разряда продемонстрировал высокую эффективность очистки от нефтепродуктов засоленных вод.

Способы - аналог WO02/058838 и прототип WO02/058839 о возможности очистки морской воды не сообщают. ю Таким образом, предлагаемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, может найти широкое применение для высокоэффективной очистки морских вод, загрязненных нефтепродуктами.

Пример N° 4.

Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность 15 осуществления и эффективность способа очистки водного раствора плазмой комбинированного газового разряда от поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Для очистки брали воду, имеющую pH=6,5 и содержащую неионогенное ПАВ - «cинтaнoл ДC-10» при исходной концентрации 1360мГ/л. 20 Загрязненную воду, обрабатывали в предложенном устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан выше в примере N^Q 2, за исключением того, что количество электродов 32 и 33 составляет по 3 экземпляра.

Создавали, как описано в примере Ns1 , давление воздуха во внутреннем 25 объеме реакционной камеры 1 равное 300 Торр.

Комбинированный импульсный газовый разряд индуцировали и поддерживали в реакционной камере 1 двумя импульсными электрическими разрядами с предварительной ионизацией.

Параметры разряда при обработке были следующими: зо 1) основной импульсный электрический разряд I индуцировали с частотой импульсов тока -500Гц и коэффициентом заполнения импульсами - 30%; его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 20кГц и длительностью импульса предионизации -1 мкc; 2) основной импульсный электрический разряд Il индуцировали с частотой импульсов тока -ЗОкГц и коэффициентом заполнения импульсами -30%; его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 90кГц и длительностью импульса -0,5мкc. 5 Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами разряда I.

Полярность импульсов I и Il разрядов относительно электрода 27 - положительная, а полярность импульсов предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 -с преобладанием положительной ю полярности. Средний ток в разрядах I и Il составлял 3,ЗA. Рабочее напряжение основного разряда I -510В, основного разряда Il -530В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов -5кB.

В результате обработки загрязненной ПАВ воды предлагаемым способом обеспечиваются:

15 - высокая степень очистки, так как остаточное содержание ПАВ по данным аналитических измерений в водном растворе оказалась ниже пределов обнаружения;

- эффективная очистка от ПАВ, при большей исходной концентрации его в исходном растворе. Так общая концентрация ПАВ в исходном растворе

20 составила 1360мГ/л, а в прототипе - WO02/058839 пример 5 и аналоге -

WO02/058838 пример 5, -500мГ7л, т.е. эффективность предлагаемого способа по этому параметру больше чем в два с половиной раза превышает эффективность указанных аналогов, при этом энергопотребление предложенного способа не превышает энергопотребления указанных

25 аналогов.

Таким образом, предлагаемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, позволяет обеспечить высокоэффективную очистку сточных вод от ПАВ в производстве и в коммунальном хозяйстве.

зо Пример Ns 5.

Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность осуществления и эффективность способа дезактивации жидкостей плазмой комбинированного газового разряда от содержащихся в ней патогенных бактерий в высокой концентрации, спорообразующих бактерий и вирусов.

1. Для проверки брали воду заражённую бактериями кишечной палочки (Е.Соli), дрожжеподобными грибами (Сапdidа аlbiсапs), золотистого

5 стафилококка (S.аиrеиs) и синегнойной палочки (Р.аеrидiпоsа).

Необходимый уровень контаминации воды микроорганизмами достигали методом серийных разведений суспензии.

Дезактивацию раствора, содержащего по 10⁷кл/мл каждого из приведённых выше типов бактерий, производили в предложенном ю устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан выше в примере Ne 4, за исключением того, что отсутствуют магниты 5 и 48.

При этом электрод 27 реакционной камеры 1 выполнен с внутренним диаметром около 98мм, высотой приблизительно 950мм, расстояние между электродами 27 и 32 -6мм, в качестве газовой среды использовали 15 атмосферный воздух.

Для проведения дезактивации раствора во внутреннем объеме реакционной камеры 1 с помощью электроклапана 25 и трубопровода 26 создавали, как описано в примере N°1 , давление воздуха равное атмосферному.

20 Охлаждали электрод 32 и обеспечивали формирование и поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой жидкости, как описано в примере Ns1 , толщиной около 1 ,4мм.

В реакционной камере 1 на обрабатываемый раствор воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который 25 индуцировали и поддерживали в реакционной камере 1 двумя основными импульсными электрическими разрядами с предварительной ионизацией. Параметры разряда при обработке были следующими:

1) основной импульсный электрический разряд I индуцировали с частотой импульсов тока -ЗкГц, коэффициентом заполнения импульсами - зо 25%, его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 24кГц и длительностью импульса предионизации -0,7мкc;

2) основной импульсный электрический разряд Il индуцировали с частотой импульсов тока -35кГц и коэффициентом заполнения импульсами - 25%, его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 120 кГц и длительностью импульса -О.Змкс.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами разряда I. Полярность импульсов основных электрических разрядов I и Il относительно электрода 27 и предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 - положительная и отрицательная. Средний ток в основном разряде I составлял 2,5A, а в разряде Il -5A. Рабочее напряжение разряда I -645В, разряда Il -650В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов -12кB.

В водный раствор после обработки вносили нейтрализатор - 1 мл 10% стерильного раствора тиосульфита натрия. Через 5 минут после нейтрализации делали последовательные десятикратные разведения и засевали на соответствующие для каждого микроорганизма питательные среды. Результаты дебактеризации оценивали по наличию или отсутствию колоний микроорганизмов на поверхности плотных питательных сред.

Данные по результатам обработки заражённой воды приведены в Таблице 3.

Таблица 3.

2. Для проверки брали воду, заражённую спорами споробразующей бактерии -В.сеrеиs. Исследования проводили при концентрации микроорганизмов около 10⁵ кл/мл.

Дезактивацию раствора производили в предложенном устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан выше в пункте 1 этого же примера, за исключением того, что электроды 32 и 33 установлены в количестве по 4 экземпляра каждый.

Обеспечивали формирование и поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой жидкости, как описано в примере 5 N°1 , но толщиной около 0,8мм.

В реакционной камере 1 на обрабатываемую воду воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцировали и поддерживали в реакционной камере 1 двумя основными импульсными электрическими разрядами с предварительной ионизацией, ю Параметры разряда при обработке были следующими:

1) основной импульсный электрический разряд I индуцировали, с частотой импульсов тока -2кГц, коэффициентом заполнения импульсами - 50%, предионизацию осуществляли барьерным разрядом с частотой 20кГц и длительностью импульса предионизации -1 мкc;

15 2) основной импульсный электрический разряд Il имел частоту импульсов тока -20кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%; предионизацию осуществляли барьерным разрядом с частотой бОкГц и длительностью импульса -0,5мкc.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между 20 импульсами разряда I.

Полярность импульсов основных электрических разрядов I и Il относительно электрода 27 и предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 - положительная и отрицательная. Средний ток в разряде I составлял 5A, а в разряде Il -12A. Рабочее напряжение разряда I - 25 645В, разряда Il -650В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов - 12кB.

Оценку эффективности обеззараживания воды, содержащей споры, проводили как непосредственно после обработки, так и при дополнительном выдерживании воды в течение 1 часа без нейтрализатора. зо Данные по результатам обработки воды приведены в Таблице 4. Таблица 4.

3. Для проверки брали воду, заражённую вирусами. В качестве тест- культуры использовался вирус полиомиелита (штамм Sаbiп 4Sc). В качестве 5 исходного брали вирус с титром 10^{7 36} ТЦД_δо/мл. Для достижения необходимой концентрации вируса в воде (10⁵ ТЦД sо/мл) вирусосодержащую взвесь разводили в воде.

Дезактивацию раствора производили в предложенном устройстве (Фиг.1), описанном в п.2 настоящего примера. ю Обеспечивали формирование и поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой жидкости, как описано выше (в примере N°1), толщиной около 0,8мм.

В реакционной камере 1 на обрабатываемую воду воздействовали комбинированным импульсным газовым разрядом, который индуцировали и 15 поддерживали в реакционной камере 1 двумя импульсными электрическими разрядами с предварительной ионизацией.

Параметры разряда при обработке были следующими:

1) основной импульсный электрический разряд I имел частоту импульсов тока -2кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%, 0 предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 20кГц и длительностью импульса предионизации -1 мкc;

2) основной импульсный электрический разряд Il имел частоту импульсов тока -20кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%, предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой бОкГц и5 длительностью импульса -0,5мкc.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами разряда I. Полярность импульсов основных электрических разрядов I и

Il относительно электрода 27 и предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 - положительная и отрицательная. Средний ток в разряде I составлял 5A, а в разряде Il -12A. Рабочее напряжение разряда I - 645В, разряда Il -650В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов - 12кB.

Далее, обработанные плазмой газового разряда при различных средних значениях тока разряда 6 А и 12 А пробы заражённых водных растворов забирали, добавляя в них стерильный раствор тиосульфита натрия. Через 5 минут после нейтрализации готовили последовательные серийные десятикратные разведения каждой пробы, которыми заражали тестовую клеточную культуру. Время контакта исследуемых проб с клетками составляло 1 час. После контакта клетки промывали раствором Хенкса и заливали поддерживающей средой (без сыворотки). Предварительный учёт результатов осуществляли на 5-7 сутки, окончательный - через три недели.

Данные по результатам обработки воды приведены в Таблице 5.

Таблица 5.

Таким образом, предлагаемый способ обработки водных растворов плазмой газового разряда обеспечил:

- более эффективное обеззараживание по отношению к патогенным бактериям, спорообразующим бактерия, вирусам и грибам, чем способ- прототип (WO02/058839 пример 8) и аналог (WO02/058838 пример 4), в частности: обеспечил дебактеризацию заражённой воды от более широкого спектра микроорганизмов, включая синегнойную палочку Р.аеrидiпоsа, спорообразующие бактерии и вирус полиомелита;

- дезактивацию микроорганизмов при их исходной концентрации как минимум на один порядок выше, чем в способе- аналоге, и при более низкой финальной концентрациии микроорганизмов в обработанной воде; -высокую производительность процесса дезактивации по сравнению с аналогами;

-энергопотребление предложенного способа в расчете на дебактеризацию 1 м³ заражённой воды в 2,5 раза ниже, чем указанных 5 аналогов.

Таким образом, предлагаемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, может найти широкое применение для обеззараживания коммунальных сточных вод.

Пример NQ 6. ю Активировали би-дистиллированную воду плазмой комбинированного импульсного газового разряда согласно предложенного способа, и затем в активированной воде измеряли размер кластеров методом лазерной корреляционной спектроскопии (Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов. Г.Камминс, Э.Пайк, Мир, M. 1978; T. Аllеп. Рагtiсlе Sizе 15 Меаsurеmепt; Сhарmап & HaII. 4th Еditiоп, 1992).

Активацию воды производили в предложенном устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан в примере N°1 , за исключением того, что электроды 32 установлены в количестве 6 экземпляров.

Давление воздуха во внутреннем объеме реакционной камеры 1 20 равное 30 Торр создавали, как описано в примере N°1.

Охлаждали электрод 32, обеспечивали поступление обрабатываемой воды и слив обработанной воды, формирование и поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой воды толщиной около 0,65мм, как описано в примере N°1.

25 В реакционной камере 1 на обрабатываемый раствор воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцировали при следующих параметрах разряда:

1) основной импульсный электрический разряд I имел частоту импульсов тока -2кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%, зо предионизация осуществлялась электрическим импульсным разрядом с частотой 20кГц и длительностью импульса предионизации -2мкc;

2) основной импульсный электрический разряд Il имел частоту импульсов тока -20кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%; предионизация осуществлялась электрическим импульсным разрядом с частотой 120кГц и длительностью импульса -О.Змкс.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами разряда I.

5 Полярность импульсов всех разрядов относительно электрода 27 положительная. Средний ток в разрядах I и Il составлял 2OA. Рабочее напряжение разряда I -630В, разряда Il -650В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов -4кB.

После активации воду фильтровали фильтрами "Мilliроrе" с ю калиброванным отверстием 0,2мкм в обеспыленном боксе. Спектры лазерного корреляционного рассеяния образцов активированной плазмой воды снимали под углом 90° к лучу He-Ne лазера. Обработку корреляционной функции активированной плазмой воды осуществляли с помощью программы Diпils (компании Аlапgо), которая применяет метод

15 обратной задачи для нахождения эффективных размеров "примесей" (T. Аllеп. Рагtiсlе Sizе Меаsurеmепt; Сhарmап & HaII. 4th Еditiоп, 1992.). При оптимизации по трем временам накопления сигналов программа уверенно показала наличие частиц воды размера порядка 0,35 нанометра, что соответствует 1-2 молекулам воды на кластер. Контрольные измерения

20 спектров исходного фильтрованного би-дистиллята никаких частиц не выявили.

Ввиду того, что регистрация частиц или образований подобного размера находится на границе точности измерений при подобной конфигурации регистрации спектров, измерения были повторены на

25 установке, описанной в книге Лебедева А.Д. и др. «Лaзepнaя корреляционная спектроскопия в биoлoгии», Киев: Наукова думка, 1987, стр. 53, позволяющей вести регистрацию спектров под углом 12°, что повысило точность измерений в 50 раз.

В этом случае в качестве исходного продукта использовали зо бутилированную питьевую воду с минерализацией 700 мг/литр и рН -7,85, которую активировали также, как это описано в этом же примере для активации би-дистиллированной воды, с последующей фильтраций и обработкой корреляционной функции лазерного рассеяния. Результаты обработки бутилированной питьевой воды уверенно показали наличие в воде частиц с размерами 0,34-0,35 нанометров.

Размер частиц не изменился при замораживании активированной воды 5 и её последующем размораживании. При проведении контрольных измерений спектров активированной плазмой воды через 90 дней были зарегистрированы частицы такого же размера.

Это доказывает, что в воде, после ее активации плазмой комбинированного газового разряда, происходят серьезные изменения ιо кластерной структуры, и они устойчивы во времени и, частично, к внешним воздействиям.

При активации воды с помощью способа-аналога WO 02059046 средний размер кластеров был в 2-3 раза больше.

Одновременно с изменённой кластерной структурой активированная

15 плазмой газового разряда вода характеризуется существенно изменённой энергетической структурой молекул, устойчивой во времени и к внешним воздействиям. Следующий пример иллюстрирует и подтверждает эти изменения.

Пример Ns 7.

20 Активировали плазмой комбинированного импульсного газового разряда согласно предложенного способа бутилированную питьевую воду с минерализацией менее 700мГ/л и pH=7,6, и затем в активированной и исходной воде измеряли поглощение излучения в видимой части УФ- спектра.

25 Активацию воды производили в предложенном устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан в примере Ns 6.

Давление воздуха во внутреннем объеме реакционной камеры 1 равное 30 Торр создавали, как описано в примере N°1.

Охлаждали электрод 32, обеспечивали поступление обрабатываемой зо воды и слив обработанной воды, формирование и поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой воды толщиной около 0,55мм, как описано в примере N°1. В реакционной камере 1 на обрабатываемый раствор воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцировали при следующих параметрах разряда:

1) основной импульсный электрический разряд I имел частоту 5 импульсов тока -1 кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%, рабочее напряжение -515В; первый импульсный предионизирующий разряд: частота импульсов тока -ЗОкГц, длительность импульсов -1 мкc, рабочее напряжение - ЗкВ;

2) основной импульсный электрический разряд Il имел частоту ю импульсов тока- 20кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%; рабочее напряжение -525В; второй импульсный предионизирующий разряд: частота импульсов 120кГц, длительность импульсов О.Змкс, рабочее напряжение - 5кB.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между

15 импульсами разряда I.

Полярность импульсов всех разрядов относительно электрода 27 - положительная. Средний ток в разрядах I и Il составлял 2OA.

Для снятия спектров поглощения обработанной плазмой воды использовали УФ-спектрофотометр "Sресогd M-40" фирмы Карл Цейс,

20 переоборудованный для записи спектров с выходом на персональный компьютер (ПК) в цифровом виде. Все спектры измеряли в одной и той же стандартной кварцевой кювете с толщиной поглощающего слоя 0,1см. На Фиг.4 приведена зависимость поглощения активированной плазмой воды (при различных степенях активации) и исходной воды от длины волны.

25 По оси абсцисс отложена длина в нанометрах волны падающего излучения, по оси ординат - логарифм отношения интенсивности падающего излучения к интенсивности прошедшего излучения. Из приведённых на фиг.4 данных видно, что активированная плазмой вода в зависимости от степени активации в максимуме спектра поглощения в исследуемой области зо поглощает от 3,8 до 100,9 раза больше, чем исходная вода. При проведении контрольных измерений спектров поглощения через 90, 180, 270 и 360 дней после активации воды, полученные результаты практически совпадали с первичными измерениями. Расхождение не превышало 2%. Указанные особенности спектров поглощения активированной плазмой воды сохранялись и после цикла «зaмopaживaниe - размораживание)) и кипячение.

Это доказывает то, что после активирования воды плазмой комбинированного газового разряда в ней существенно меняется ее 5 энергетическая структура и эти изменения устойчивы во времени и к внешним воздействиям.

Пример N9 8.

Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность и эффективность бактерицидных, фунгицидных и вируцидных свойств воды, ю активированной плазмой комбинированного импульсного газового разряда.

В качестве исходного продукта брали бутилированную питьевую воду с минерализацией менее 700мГ/л и pH=7,6.

Активацию воды производили в предложенном устройстве (Фиг.1), частный случай выполнения которого описан в примере Ne 6. 15 Давление воздуха во внутреннем объеме реакционной камеры 1 равное 30 Торр создавали, как описано в примере N°1.

Охлаждали электрод 32, обеспечивали поступление обрабатываемой воды и слив обработанной воды, формирование и поддержание закрученного турбулентного потока обрабатываемой воды толщиной около 20 0,55мм, как описано в примере N°1.

В реакционной камере 1 на обрабатываемый раствор воздействовали плазмой комбинированного импульсного газового разряда, который индуцировали при следующих параметрах разряда:

1) основной импульсный электрический разряд I имел частоту 25 импульсов тока -1 кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%, предионизация осуществлялась электрическим импульсным разрядом с частотой 20,5кГц и длительностью импульса предионизации -1мкc;

2) основной импульсный электрический разряд Il имел частоту импульсов тока -20,5кГц, коэффициент заполнения импульсами -50%; зо предионизация осуществлялась электрическим импульсным разрядом с частотой 120кГц и длительностью импульса -О.Змкс.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами разряда I. Полярность импульсов всех разрядов относительно электрода 27 - положительная. Средний ток в разрядах I и Il составлял 18A. Рабочее напряжение разряда I -525В, разряда Il -550В. Рабочее напряжение предионизирующих разрядов -4кB.

5 А. Исследовали бактерицидные свойства активированной плазмой воды на примере бактерий Е.Соli.

Бактериальная культура была выращена за ночь в L- бульоне (ЮГ Тrурtопе, 5Г дрожжевого экстракта, 5Г NaCI / литр) при температуре 37° С с аэрацией. Для получения свежей культуры, культуру, выращенную ночью, ю разбавляли 1 :100 в L- бульоне (125мл колба) и доращивали с аэрацией в течение 3-4 часов при температуре 37⁰ C (до OD₆oo = ~0, 5-1 ,0). ЮОμл образец стандартной культуры Е.Соli JM109 (OD = 1.0) добавляли в 9,9мл активированной, как описано в этом примере, воды (или исходной воды - контрольный эксперимент), смешивали и инкубировали при комнатной

15 температуре (22⁰ C). 100мл пробы отбирали через определённые, указанные ниже в таблице 6, промежутки времени, разбавляли в стерильном растворе NaCI (5Г NaCI / литр) в соотношении 1 :10. ЮОμл пробы из каждого разбавления помещали в чашки Петри с L- агаром , инкубировали в течение ночи, далее определяли количество бактерий, формирующих

20 колонию (CFUs). Результаты измерений числа колониеобразующих бактерий в контрольном образце и образце с активированной водой приведены на Фиг. 5. Как следует из этих данных, активированная плазмой вода продемонстрировала высокую эффективность в уничтожении бактерий E. со//.

25 Б. Исследовалась фунгицидная активность воды, активированной плазмой, на примере дрожжеподобных грибов Сапdidа аlbiсапs.

Готовили питательную среду, содержащую 10⁵ кл/мл особей Сапdidа аlbiсапs. ЮОμл образец этой культуры добавляли в 9,9мл активированной плазмой воды (или исходной воды - контрольный эксперимент), смешивался зо и инкубировался при комнатной температуре (22⁰C). ЮОμл пробы отбирались через определённые промежутки времени, разбавлялись в стерильном соляном растворе в соотношении 1 :10. 100мл пробы помещались в чашки Петри с L- агаром, инкубировались в течении ночи, далее определялось количество микроорганизмов. На Фиг.6 приведены данные измерений числа микроорганизмов Сапdidа аlbiсапs в образце с активированной плазмой водой и контрольном образце. По оси X отложено время воздействия активированной воды на образец культуры Сапdidа аlbiсапs, по оси У количество микроорганизмов в логарифмической шкале. Из приведённых данных видно, что активированная плазмой вода полностью подавило рост Сапdidа аlbiсапs.

В. Исследовалась вируцидная активность активированной плазмой воды на примере вируса полиомиелита (штамм Sаbiп 4Sc). В качестве исходного брали вирус с титром 10⁷'³⁶ TЦД₅o/мл. Для достижения необходимой концентрации вируса в воде (10⁵ TЦД₅o/мл) его соответственно разводили в активированной плазмой воде и исходной воде (контрольный образец). Через промежутки времени 15, 30, 45, 60 и 120 минут отбирали пробы заражённых растворов, добавляя в них стерильный раствор тиосульфита натрия. Через 5 минут после нейтрализации готовили последовательные серийные десятикратные разведения каждой пробы, которыми заражали тестовую клеточную культуру. В качестве тестовой культуры служила культура клеток почек зелёных мартышек 4647. Время контакта исследуемых проб с клеточной культурой составляло 1 час. После контакта клетки промывали раствором Хенкса и заливали поддерживающей средой, в качестве которой служила среда, состоящая из среды Игла МЭМ и среды 199 в соотношении 1 :1 с добавлением антибиотиков (пенициллин и стрептомицин из расчёта 50 ед/мл). Далее измеряли титр вируса в пробе. Контрольными пробами служили пробы, содержащие вирус в исходной (не активированной плазмой) воде. Полученные результаты приведены в Таблице 6.

Таблица 6.

Как видно из приведённых данных, активированная плазмой вода полностью инактивирует вирус полиомелита при контакте с последним в течение часа.

5 Это пример доказывает, что вода, после ее активации плазмой комбинированного газового разряда, обладает эффективными бактерицидными, фунгицидными и вируцидными свойствами.

В тоже время в аналоге (WO02/059046 пример 5) не сообщается об эффективных вируцидных свойствах активированной воды по отношению к ю вирусу полиомелита (штамм Sаbiп 4Sc), а в отношении бактерий Е.Соli. И дрожжеподобных грибов Сапdidа аlbiсапs её ингибирующие способности при прочих сопоставимых условиях в 10-100 раз ниже, чем у воды, обработанной по предлагаемому способу.

Пример N≥ 9.

15 Цель нижеследующего примера продемонстрировать возможность осуществления и эффективность способа очистки водного раствора от тетрахлорэтилена (PCE) плазмой комбинированного газового разряда.

Для очистки брали сточную воду, имеющую pH=6,65 и содержащую загрязнители согласно таблице 7.

20 Процесс обработки водного раствора проводили также, как описано в

Примере N^Q 3, за исключением того, что давление воздуха во внутреннем объеме реакционной камеры 1 поддерживали на уровне 125 Торр.

Комбинированный импульсный газовый разряд индуцировали и поддерживали в реакционной камере 1 двумя импульсными электрическими

25 разрядами с предварительной ионизацией. Ионизацию осуществляли предионизирующими импульсными электрическими разрядами и предионизирующими барьерными разрядами.

Параметры разряда при обработке были следующими:

1) основной импульсный электрический разряд I индуцировали с зо частотой импульсов тока - 480Гц и коэффициентом заполнения импульсами -

35%; его предионизация осуществлялась барьерным разрядом с частотой 20кГц и длительностью импульса предионизации -1 мкc;

2) основной импульсный электрический разряд Il индуцировали с частотой импульсов тока -28кГц и коэффициентом заполнения импульсами - 35%; его предионизация осуществлялась импульсным электрическим разрядом с частотой 120кГц и длительностью импульса - 0,5мкc.

Импульсы разряда Il генерировались пачками в период паузы между импульсами разряда I.

Полярность импульсов I и Il разрядов относительно электрода 27 - положительная, полярность импульсов предионизирующих электрических разрядов относительно электрода 27 - положительная, а полярность импульсов предионизирующих барьерных разрядов относительно электрода 27 - с преобладанием положительной полярности. Средний ток в разрядах I составлял 4A, а в разрядах Il составлял ЗА. Рабочее напряжение основного разряда I - 540В, основного разряда Il - 550В. Рабочее напряжение предионизирующих электрических разрядов - 9кB, а предионизирующих барьерных разрядов -3,5кB.

Подробные данные по концентрации основных загрязняющих веществ до и после обработки приведены в Таблице 7.

Таблица 7.

^*) НПО- ниже предела обнаружения.

Как видно из таблицы 7, в результате обработки исходной сточной воды плазмой комбинированного газового разряда согласно предлагаемого способа, содержание всех загрязняющих веществ в конечном продукте (обработанной воде) не превысило предельно допустимых концентраций, установленных федеральными стандартами США для питьевой воды.

Способ - аналог (WO02/058838) о возможности очистки от тетрахлорэтилена (PCE) не сообщает. Следовательно, предлагаемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, может найти широкое применение для высокоэффективной очистки промышленных сточных вод от тетрахлорэтилена (PCE) и может быть применен в химических

5 производствах.

Промышленная применимость

Таким образом, приведенные примеры конкретного выполнения подтверждают, что предлагаемый способ является осуществимым, в частном случае, с помощью предлагаемого устройства. ю Предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным способом- прототипом WO 02/058839:

- расширить спектр одновременно нейтрализуемых загрязняющих и заражающих веществ и микроорганизмов;

- увеличить глубину очистки водной среды;

15 - обеспечить возможность обрабатывать водные среды с высокой исходной концентрацией загрязняющих веществ, при одновременном сокращении удельных затрат. По сравнению с известным способом-аналогом WO 02/059046:

- повысить эффективность активации воды и водных растворов, а 20 именно, увеличить глубину и расширение спектра модифицируемых и приобретаемых свойств, а также увеличить длительность сохранения приобретенных в результате активации свойств и их устойчивость к внешним воздействиям при одновременном сокращении удельных затрат, в том числе энергозатрат.

25 Очевидно, что предложенный способ может быть реализован не только с помощью предложенного устройства.

Также понятно, что используемая в данном описании изобретения терминология и фразеология не может рассматриваться как лимитирующая.

Несмотря на то, что настоящее изобретение раскрывается, в том зо числе и через конкретные примеры его осуществления, подразумевается, что оно может быть модифицировано, а настоящая заявка не призвана учесть любые вариации, варианты применения или изменения настоящего изобретения в соответствии с принципами изобретения в целом и включая отступления от изложенного в настоящей заявке, вытекающие из общепризнанной или привычной практики, используемой в той области техники, к которой принадлежит настоящее изобретение, и применимые в отношении основных особенностей изобретения, излагаемых выше, и пунктов патентной формулы, прилагаемой ниже.

ю

15 0 5

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обработки воды и водных растворов плазмой газового разряда, заключающийся в том, что на указанную жидкость, формируемую 5 в виде потока и граничащую с газовой средой, одновременно воздействуют полной совокупностью факторов плазмы комбинированного импульсного газового разряда, который индуцируют и поддерживают двумя основными электрическими импульсными разрядами разной частоты при условии предварительной ионизации указанной газовой среды. ю 2. Способ по п.1 , согласно которому предварительную ионизацию указанной газовой среды для поддержания двух основных электрических импульсных разрядов обеспечивают двумя предионизирующими импульсными электрическими разрядами одной или разной частоты, или двумя предионизирующими барьерными электрическими разрядами одной

15 или разной частоты, или одним предионизирующим импульсным и одним предионизирующим барьерным электрическими разрядами одной или разной частоты.

3. Способ по п.1 согласно которому один из указанных основных импульсных электрических разрядов (разряд I) формируют с частотой

20 следования импульсов положительной и/или отрицательной полярности от 10Гц до 5кГц, коэффициентом заполнения периода импульсами от 1% до 99%, со средним током в разряде до 12A, при рабочем напряжении от 350В до 2000B, другой из указанных основных импульсных электрических разрядов (разряд II) формируют с частотой следования импульсов

25 положительной и/или отрицательной полярности от 5кГц до 80кГц, коэффициентом заполнения импульсами периода от 1 % до 99%, со средним током в разряде до 10A, при рабочем напряжении от 350В до 2000B, при этом электрический разряд Il формируют в виде пачки импульсов в интервале между импульсами электрического разряда I. зо

4. Способ по п.2, согласно которому указанные предионизирующие импульсные электрические разряды генерируют в частотном диапазоне от ЮкГц до 250кГц, с длительностью импульсов напряжения не более 2мкceк, положительной и/или отрицательной полярности, при напряжении от ЗкВ до 20кB.

5. Способ по п.2, согласно которому указанные барьерные разряды, генерируют в частотном диапазоне от ЮкГц до 150кГц, с длительностью

5 импульсов напряжения не более 2мкceк чередующейся полярности при напряжении от ЗкВ до 25кB.

6. Способ по п.5, согласно которому указанные барьерные разряды, генерируют с преобладанием положительной или отрицательной амплитуды.

7. Способ п.1, согласно которому дополнительно на указанный ю комбинированный импульсный газовый разряд и жидкость воздействуют магнитным полем - постоянным или импульсным с величиной магнитной индукции, по меньшей мере, 0,01Tл.

8. Способ по п.1, согласно которому указанный поток жидкости формируют толщиной от 0,3 до Змм при поддержании в нем условий

15 турбулентности.

9. Способ по п.1, согласно которому в указанной газовой среде поддерживают давление от 10 торр до атмосферного.

10. Способ п.1, согласно которому в указанную жидкость вводят путем барботирования воздух или иной кислородсодержащий газ.

20 11. Устройство для обработки воды и водных растворов плазмой газового разряда, содержащее

- реакционную камеру, в которой предусмотрены вход и выход для подачи и слива обрабатываемой жидкости, и выход для создания разряжения газовой среды,

25 -электроды, гальванически развязанные между собой,

-один из которых - электрод «A», выполнен в виде трубы, стенка которой является боковой стенкой указанной реакционной камеры, и предназначен совместно с электродами противоположной полярности для генерирования комбинированного импульсного газового разряда, а также служит для зо формирования потока указанной жидкости,

-другой электрод - электрод «B», по меньшей мере один, выполнен цилиндрической или бочкообразной формы, установлен внутри указанной реакционной камеры коаксиально указанному электроду «A», является электродом противоположной полярности для генерирования комбинированного импульсного газового разряда и генерирования предионизирующего импульсного разряда,

- источники электропитания, соединенные с указанными электродами. 5

12. Устройство по п.11, согласно которому оно снабжено дополнительным электродом - электрод «C», по меньшей мере одним, выполненным из проводников, заключенных по отдельности в диэлектрический барьер, и соединенных в виде «бeличьeгo кoлeca» или клетки цилиндрической или бочкообразной формы, установленным внутри ю указанной реакционной камеры поверх указанного электрода «B», и дополнительным источником электропитания, соединенным с указанным электродом «C», при этом электрод «C» является электродом противоположной полярности относительно электрода «B» для генерирования предионизирующего барьерного разряда.

15 13. Устройство по п.11, согласно которому указанный электрод «A» установлен с возможностью съема.

14. Устройство по п.11, согласно которому указанный электрод «A» выполнен с обработкой внутренней поверхности указанной стенки для увеличения её смачиваемости.

20 15. Устройство по п.11, согласно которому указанный электрод «A» выполнен из металла, устойчивого, преимущественно, к кислым и/или щелочным средам, например, нержавеющей стали, или титана.

16. Устройство по п.11, согласно которому указанный электрод «A» выполнен с покрытием из тантала, или молибдена, или платины, или

25 иридиума.

17. Устройство по п.11, согласно которому указанный электрод «A» выполнен из керамики с размещенными на его внутренней поверхности проводниками.

18. Устройство по п.17, согласно которому указанные проводники зо выполнены из коррозионностойкого металла, обладающего низкой эрозией, например, вольфрама, или молибдена, или платины.

19. Устройство по п.17, согласно которому указанные проводники выполнены линейной, или сетчатой, или спиральной формы и размещены вдоль, или поперек, или под углом к продольной оси указанного электрода «A».

20. Устройство по п.11 , согласно которому указанный электрод «A» выполнен с порами для барботирования воздуха или иного

5 кислородсодержащего газа в указанную реакционную камеру.

21. Устройство по п.20, согласно которому указанный электрод «A» выполнен из пористого титана, или пористой нержавеющей стали, или пористой керамики с вмонтированными в неё проводниками.

22. Устройство по п.11 , согласно которому указанный электрод «B» ю выполнен с ребрами, или пазами, равномерно размещенными на его боковой поверхности, и с плавно закругленной торцевой частью.

23. Устройство по п.11 , согласно которому указанный электрод «B» установлен относительно электрода «A» с зазором от Змм до 20мм.

24. Устройство по п.11 , согласно которому указанный электрод «B» 15 выполнен из тугоплавкого электропроводного материала, например, из вольфрама, или карбида вольфрама, или подобного материала.

25. Устройство по п.12, согласно которому указанный электрод «C» установлен с возможностью съема.

26. Устройство по п.12, согласно которому указанный 20 диэлектрический барьер, в который заключены проводники указанного электрода «C», выполнен, например, из кварца, или оксида алюминия, или оксида титана, или оксида тантала, или глазурованной эмали, или подобного материала.

27. Устройство по п.11, согласно которому оно снабжено 25 приспособлением в виде теплообменника, обеспечивающего охлаждение указанного электрода «B», и приспособлением, обеспечивающим возможность подачи на этот теплообменник охлаждающей жидкости, например, трансформаторного масла, при этом электрод «B» установлен на этом теплообменнике. зо

28. Устройство по п.27, согласно которому указанный теплообменник выполнен из материала, имеющего коэффициент теплопроводности не менее чем 200Bт/мK, например, из медного металловойлока.

29. Устройство по п.11, согласно которому указанная реакционная камера снабжена наружной рубашкой для подачи воздуха или иного кислородсодержащего газа в эту камеру, установленной с внешней стороны реакционной камеры с возможностью съёма, при этом электрод «A»

5 выполнен из пористого материала.

30. Устройство по п.11, согласно которому указанная реакционная камера снабжена приспособлением, формирующим турбулентный поток указанной жидкости, выполненным в виде форсунок, установленных в верхней части указанной реакционной камеры тангенциально внутренней ю поверхности реакционной камеры.

31. Устройство по п.ЗО, согласно которому указанные форсунки, установлены под углом от 70° до 88° относительно продольной оси реакционной камеры.

32. Устройство по п.11, согласно которому оно снабжено 15 приспособлением для создания в указанной реакционной камере, по меньшей мере, одного магнитного поля, которое выполнено в виде магнитов, установленных снаружи этой камеры напротив электрода «B» с возможностью съёма.

33. Устройство по п.11, согласно которому оно снабжено 0 приспособлением для создания на входе в указанную реакционную камеру постоянного или импульсного магнитного поля, имеющего величину магнитной индукции по меньшей мере 0,1Tл и направление вектора магнитной индукции вдоль или поперек вектора движения потока указанной жидкости, выполненным в виде по меньшей мере одного магнита,5 установленного снаружи этой камеры с возможностью съёма.

0