Способ очистки воды
Владельцы патента RU 2345955:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (RU)
Изобретение относится к технологии очистки сточных и промышленных вод от углеводородных и микробиологических фракций, а также металлов и может быть использовано на очистных сооружениях, а также для проведения быстрой очистки воды в условиях экологических и природных бедствий и в экстремальных условиях. Способ включает дистанционное облучение поверхности воды плазменной струей атмосферного эрозионного генератора. Плазменную струю задают в виде последовательности 1-10 импульсов с длительностью 3 мс каждый и располагают на расстоянии 0,1-10 м от поверхности обрабатываемого объема. Облучение могут производить на открытый и на закрытый объем воды. Технический результат состоит в упрощении процесса очистки, снижении энергетических затрат, при этом способ не требует принятия мер для защиты обслуживающего персонала, позволяет проводить быструю очистку воды в экстремальных условиях природных и экологических бедствий. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.
Изобретение относится к технологии очистки сточных и промышленных вод от углеводородных и микробиологических фракций и от металлов и может быть использовано на очистных сооружениях, а также для проведения быстрой очистки воды в условиях экологических и природных бедствий и в экстремальных условиях.
Известны способы лучевой очистки, основанные на облучении воды ультрафиолетовым (УФ), гамма и рентгеновским излучением и предназначенные для ее стерилизации за счет нарушения жизнедеятельности вредных микроорганизмов и вирусов.
Одним из примеров может служить способ стерилизации воды излучением линейного ускорителя электронов российской разработки (НИИЭФ), используемый в Радиационном центре Варшавы для выполнения заказов ряда европейских стран, (см., например, Ворогушин М.Ф. и др. «Линейные ускорители электронов НИИЭФА им. Ефремова для прикладных целей, www.kipt.khrakov.ua/ihepnp/work).
Известный способ стерилизации требует применения дорогостоящего сложного оборудования, высокоэнергетичных источников питания и специальных мер защиты обслуживающего персонала, что ограничивает его применение.
Наиболее близким аналогом-прототипом является способ лучевой стерилизации, основанный на обработке воды УФ-излучением. При реализации данного способа используют УФ источник, создающий широкополосное излучение от генератора электрического разряда в инертном газе (см., например. Pure Pules Sterilization System, www.purepules com/technology/monograph).
Однако известный способ не решает проблем очистки воды от примесей углеводородов и металлов. Поэтому его применение должно сочетаться со способами предварительной очистки воды (например, фильтрацией), что приводит к усложнению и удорожанию процесса.
Кроме того, высокий коэффициент поглощения УФ-излучения в воздухе и во всех видах упаковочных материалов (в частности, кварцевое стекло, бумага, полиэтилент-рефталат (ПЭТФ), полиэтилен и др. полимерные материалы) ограничивает диапазон применения способа, не позволяя стерилизовать воду в закрытых объемах и проводить дистанционную обработку.
Предлагаемый способ очистки воды решает задачу дистанционной плазмохимической стерилизации с одновременным удалением примесей углеводородов и металлов без использования сложного, дорогостоящего и энергоемкого оборудования.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе очистки от углеводородных и микробиологических фракций и металлов, включающем дистанционную обработку водного объема, облучение проводят плазменной струей атмосферного эрозионного генератора, причем плазменную струю задают в виде последовательности 1-10 импульсов с длительностью 3 мс каждый и располагают на расстоянии 0,1-10 м от поверхности обрабатываемого объема.
При этом облучение производят воздействием, как на открытый, так и на закрытый объем воды через стенки сосудов из стекла или полимерных материалов.
Техническим результатом использования изобретения является следующее:
- в результате обработки загрязненной воды происходит удаление как микробиологических, так и углеводородных фракций и металлических компонентов;
- в результате обработки загрязненной воды удаление микробиологических и углеродных фракций и металлов происходит одномоментно;
- обеспечивается дистанционная обработка воды на расстояниях до 10 м;
- объем очищаемой воды составляет ˜100 л при необходимом количестве импульсов (длительностью 3 мс) от 1 до 10-ти и затрате энергии 0,8 Дж/м2;
- достигаемый эффект обеспечивается как для открытых резервуаров, так и для закрытых сосудов из диэлектрических материалов, например, кварцевого стекла или полимеров;
- достигаемый результат обеспечивается малогабаритным мобильным атмосферным эрозионным генератором, работающим от промышленной сети 220 В, 50 Гц.
Способ очистки воды поясняется на примере схем его реализации для закрытых объемов (фиг.1) и открытых резервуаров (фиг.2). В представленной схеме (фиг.1) введены обозначения:
1 - атмосферный эрозионный генератор;
2 - плазменная струя;
31-35 - резервуары с очищаемой водой.
В представленной схеме (фиг.2) введены обозначения:
1 - атмосферный эрозионный генератор с плазменной струей;
4 - поверхность очищаемого водоема.
В приведенных примерах генератор 1 устанавливают на заданном расстоянии от поверхности объема (0,1-10 м) и включают в режим генерации требуемого количества импульсов.
Данный способ апробирован:
- для очистки воды с углеводородными фракциями.
Воздействие излучения плазменной струи 2 проводилось непосредственно на открытую поверхность, например очищаемого водоема 4, и через стенки сосудов из кварцевого стекла, а также из полиэтилена и полиэтилент-рефталата ПЭТФ. Пробы воды 3 располагались на разных расстояниях и под разными углами по отношению к оси плазменной струи.
Результаты химических анализов представлены в таблицах 1 и 2; для очистки воды от микробиологических примесей.
Воздействие производилось при вариации количества импульсов плазмы и ее дальности от очищаемого объема воды, размещенной в сосудах из стекла или полимерных материалов 3.
Результаты микробиологических анализов проб воды представлены в таблице 3;
для очистки проб стоков цветного металлургического производства.
Пробы воды находились в открытых кюветах 3. Генерация плазменной струи 2 происходила на высоте 0,1 м над поверхностью. При воздействии варьировалось количество импульсов плазмы.
Результаты химического анализа представлены в таблице 4;
для одномоментной очистки воды от углеводородных и микробиологических фракций и металлов.
Воздействие производилось 10-ю импульсами плазмы при дальности от очищаемого объема воды 2 м.
Результаты химических и микробиологических анализов представлены в таблице 5.
Во всех приведенных вариантах апробирования предложенного способа очистки воды длительность импульсов плазмы составляла 3 мсек, энергия светового излучения 10-20 Дж.
Использование предлагаемого способа очистки воды обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
- очистку воды от микробиологических и углеводородных фракций одновременно в один этап, что упрощает процесс и позволяет снизить количество применяемых химических реагентов;
- очищает воду в закрытых объемах;
- использует малогабаритное, переносное оборудование;
- снижает энергетические затраты;
- позволяет проводить быструю очистку воды в экстремальных условиях природных и экологических бедствий.
| Таблица 1 | |||
| Зависимость изменения концентрации нефтепродуктов в воде от количества воздействующих импульсов плазмы длительностью 3 мс | |||
| Начальная концентрация, мг/л | Дальность, м | Колич. имп. | Концентрация после обработки, мг/л |
| 18*** | 0,04 | 1 | не обнар. |
| 3 | не обнар. | ||
| 12 | не обнар | ||
| 2,5** | 0,1 | 5 | 0,71 (14%) |
| 5,37** | 0,1 | 10 | 1,46 (14,6%) |
| Примечание: *)- вода в сосуде из ПЭТФ | |||
| **)- вода в посуде из кварцевого стекла |
| Таблица 2 | ||
| Зависимость изменения концентрации нефтепродуктов в воде от дальности воздействия импульсов плазмы длительностью 3 мс | ||
| Начальная концентрация, мг/л | Дальность, м | Концентрация после обработки, мг/л |
| 2,2 | 0,1 | 0,73 |
| 1,0 | 0,69 | |
| 5,37 | 0,1 | 1,46 |
| 1,0 | 3,68 | |
| 2,0 | 1,67 | |
| 3,3 | 1,20 | |
| 2,2 | 0,1 | 0,75 |
| 1,0 | 0,65 | |
| 0,2 | 2,0 | не обнаруж. |
| 5,0 | не обнаруж. | |
| Примечание: вода находилась в посуде из кварцевого стекла |
| Таблица 3 | |||||
| Результаты микробиологических анализов проб воды после обработки импульсами плазмы длительностью 3 мс | |||||
| Дата | Дальность, м | Количество импульсов | Общемикробное число, кое/мл воды | Лактозо-положительные микробы, кое/100 мл воды | Коли-индекс кл/100 мл |
| Исх. 180 | Исх. 220 | Исх.2300 | |||
| 18.01.2004 г. | 0,05 | 1 | 98 (54%) | 32,75 (14,8%) | 500 (22%) |
| 5 | 66 (36%) | 22,1 (10%) | 130 (5,6%) | ||
| 10 | 15 (8%) | 4,1 (0,2%) | 62 (2,6%) | ||
| 2 | 10 | не выделено | не выделено | 9 (0,4%) |
| Таблица 4 | |||||||
| Результаты количественного химического анализа воды | |||||||
| Дата | Колич. имп. | Анализируемые элементы, мг/л | |||||
| Медь Cu | Цинк Zn | Никель Ni | Хром Cr (III) | Хром Cr (VI) | Железо Fe | ||
| 22.04.2004 г. | Начальн. концентр. | 0,2 | 1,68 | 0,44 | 0,64 | 0,04 | 0,32 |
| 1 | 1,36 | 0,15 | 0,63 | 0,22 | |||
| 3 | 0,04 | 1,36 | 0,15 | 0,61 | 0,03 | 0,18 | |
| 10 | 0,04 | 1,36 | 0,15 | 0,57 | 0,02 | 0,17 | |
| 27.04.2004 г. | Начальн. концентр. | 0,4 | 1,32 | 0,84 | 1,66 | 0,06 | 0,2 |
| 1 | 0,12 | 0,86 | 0,48 | 1,48 | 0,06 | 0,14 |
| Таблица 5 | ||
| Результаты одномоментной очистки воды от углеводородных и микробиологических фракций при дальности воздействия 2 м и количестве импульсов плазмы 10 | ||
| Исследуемый загрязняющий компонент | Исходная концентрация | Концентрация после воздействия |
| Нефтепродукты | 5,6 мг/л | 1,3 мг/л |
| Общемикробное число | 180 кое/мл воды | не выделено |
| Лактоположительные микробы | 220 кое/100 мл воды | не выделены |
| Коли-индекс | 2300 кл/100 мл | 9 кл/100 мл |
1. Способ очистки воды от углеводородных и микробиологических фракций и металлов путем дистанционного облучения поверхности, например водоема, отличающийся тем, что облучение производят плазменной струей атмосферного эрозионного генератора, причем плазменную струю задают в виде последовательности 1-10 импульсов с длительностью 3 мс каждый и располагают на расстоянии 0,1-10 м от обрабатываемой поверхности.
2. Способ очистки воды по п.1, отличающийся тем, что очистку от микробиологических и углеводородных фракций и металлов производят одновременно.
3. Способ очистки воды по п.1, отличающийся тем, что облучение производят как на открытый объем воды, так и на закрытый объем через стенки сосудов из стекла или полимерных материалов.
