способ очистки воды

Формула изобретения

Способ очистки воды путем воздействия электрического барьерного разряда на смесь воды и кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что очищенный и охлажденный кислородсодержащий газ вводят в воду непосредственно в разрядном промежутке путем диспергирования под избыточным давлением через пористый электрод, при этом размер пор и давление кислородсодержащего газа выбраны из условия образования около пористого электрода газового слоя, в котором развивается электрический барьерный разряд.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнологии и может быть использовано при проектировании новых установок для очистки и обеззараживания воды повышенной производительности с низкими энергозатратами на обработку воды.

Известен способ очистки воды путем воздействия электрического барьерного разряда на смесь воды и кислородсодержащего газа (патент РФ, 2233244, МКИ С02F 1/46. Реактор для обработки жидкостей. / Б.Г.Шубин., М.Б.Шубин // Заявл. 22.04.03., Опубл. 27.07.04. БИМП №35).

Недостатком способа очистки воды являются высокие энергозатраты на обработку воды, что обусловлено отрицательным шунтирующим влиянием электрических водных перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке, что приводит к значительным дополнительным потерям энергии.

Известен способ очистки воды путем воздействия электрического барьерного разряда на смесь воды и кислородсодержащего газа (патент РФ, 2136600, МКИ С02F 1/46. Реактор для обработки жидкостей. / С.Г.Боев., В.М.Муратов, Н.П.Поляков и др. // Заявл. 16.12.97, Опубл. 10.09.99. БИМП №25).

Недостатком способа очистки воды являются высокие энергозатраты на обработку воды, что обусловлено шунтирующим влиянием электрических водных перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке, что приводит к значительным дополнительным потерям энергии.

Известен способ очистки воды путем воздействия электрического барьерного разряда на смесь воды и кислородсодержащего газа (Барьерный разряд в водо-воздушной среде и его применение в технологии очистки воды. / Я.И.Корнев, Н.А.Яворский и др. // Тез. докл. конф., посвящ. озону и другим экологически чистым окислителям. М., 7-9 июня 2005 г. Изд. «Книжный дом Университет», 2005. - С.182).

Указанный способ очистки воды является наиболее близким по технической сущности к изобретению и рассматривается в качестве прототипа.

Недостатком способа очистки воды являются высокие энергозатраты на обработку воды, что обусловлено шунтирующим влиянием электрических водных перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке, что приводит к значительным дополнительным потерям энергии.

Изобретение направлено на решение задачи снижения энергозатрат на обработку воды, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в способе очистки воды путем воздействия электрического барьерного разряда на смесь воды и кислородсодержащего газа, очищенный и охлажденный кислородсодержащий газ вводят в воду непосредственно в разрядном промежутке путем диспергирования под избыточным давлением через пористый электрод, при этом размер пор и давление кислородсодержащего газа выбраны из условия образования около пористого электрода газового слоя, в котором развивается электрический барьерный разряд.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является снижение энергозатрат на обработку воды, что достигается существенным снижением дополнительных непроизводительных потерь энергии, исключением шунтирующего влияния электрических водных перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке (что приводит к дополнительным потерям энергии), интенсификацией процессов синтеза химически активных веществ и радикалов, более полным использованием всех активных факторов электрического барьерного разряда при обработке воды.

Снижение энергозатрат на обработку воды является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями, порядком их выполнения в заявляемом способе очистки воды, то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа очистки воды являются существенными.

На чертеже приведена схема реактора для реализации заявляемого способа очистки воды, поясняющая новый принцип осуществления электрического барьерного разряда в смеси воды и кислородсодержащего газа. Реактор содержит металлический корпус 1 в виде цилиндра, выполняющий функцию заземленного электрода, с патрубками 2, 3 соответственно для подвода исходной и отвода обработанной воды, пористый электрод 4 в виде трубки с патрубком 5 для подвода кислородсодержащего газа, установленный внутри металлического корпуса коаксиально с металлическим корпусом и выполняющий функцию потенциального электрода.

Способ очистки воды реализуется следующими действиями. Кислородсодержащий газ подвергается предварительной очистке и охлаждению. Подготовленный газ вводится в воду непосредственно в разрядном промежутке. Ввод газа осуществляется путем диспергирования через пористый электрод с пористостью, размерами пор и при давлении кислородсодержащего газа, выбранными из условия образования около пористого электрода газового слоя. Электрический барьерный разряд развивается преимущественно в тонком газовом слое около пористого электрода. Очистка воды осуществляется путем воздействия совокупности факторов электрического барьерного разряда (химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, образующиеся в электрическом барьерном разряде, электрическое поле, ультрафиолетовое излучение, давление, температура, ультразвук, кавитация) на полученную таким образом смесь воды и кислородсодержащего газа.

Реактор для реализации способа очистки воды работает следующим образом. Под действием внешнего напряжения, приложенного между корпусом 1 и пористым электродом 4, в газовом слое (показан штриховой линией) около пористого электрода 4 возбуждается электрический барьерный разряд. Барьерный разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхности пористого электрода 4. В микроразрядах происходит диссоциация молекул кислорода. Образующиеся в результате диссоциации атомы кислорода взаимодействуют с молекулами кислорода, в результате чего образуются молекулы озона. Одновременно атомарный кислород сам является химически активным, и часть его участвует в окислительных реакциях самостоятельно, так как имеют место условия для оперативного смешивания воды с кислородсодержащим газом и осуществления окислительных реакций непосредственно в разрядном промежутке. Другим химически активным радикалом, который образуется в электрическом барьерном разряде, является гидроксильный радикал. Гидроксильный радикал - один из самых сильных известных окислителей. Так как электрический барьерный разряд осуществляется непосредственно в смеси воды и кислородсодержащего газа и имеют место интенсивные массообменные процессы, возможен быстрый перевод всех химически активных веществ и радикалов, способных участвовать в реакциях с примесями, в обрабатываемую воду. Преимущественное развитие электрического барьерного разряда в тонком газовом слое около пористого электрода 4 существенно повышает эффективность синтеза химически активных веществ и радикалов, в том числе озона, способных участвовать в реакциях с примесями в обрабатываемой воде, а также эффективность их смешивания с водой и проведения окислительных химических реакций. Электрический барьерный разряд является источником интенсивного ультрафиолетового излучения. Осуществление электрического барьерного разряда непосредственно в смеси воды и кислородсодержащего газа позволяет эффективно использовать ультрафиолетовое излучение для интенсификации синтеза химически активных веществ и радикалов, в том числе озона, а также проведения окислительных реакций в обрабатываемой воде. Электрический барьерный разряд характеризуется высокой стабильностью. Предварительная очистка и охлаждение кислородсодержащего газа повышают равномерность и стабильность электрического барьерного разряда в смеси воды и кислородсодержащего газа.

Кислородсодержащий газ поступает в разрядный промежуток через поры в структуре пористого электрода 4. Кислородсодержащий газ внутрь пористого электрода 4 подается под избыточным давлением через патрубок 5. Изменением величины избыточного давления кислородсодержащего газа возможны стабилизация и регулирование процесса обработки воды и параметров электрического барьерного разряда. Пористый электрод 4 выполнен с пористостью и размерами пор, обеспечивающими при номинальном избыточном давлении кислородсодержащего газа и номинальном давлении обрабатываемой воды образование около пористого электрода 4 квазиравномерного и тонкого (1-3 мм) газового слоя. Ввод в реактор и вывод из реактора обрабатываемой воды осуществляется через патрубки 2, 3 соответственно.

Установка для очистки воды по заявляемому способу выполнялась со следующими характеристиками: рабочее напряжение 12 кВ; избыточное давление кислородсодержащего газа 0,2 МПа; размер пор пористого электрода 40 мкм. Обрабатываемая вода подавалась в реактор под давлением 1,7 МПа. Диаметр внешнего электрода реактора равнялся 98 мм, наружный диаметр пористого электрода 25 мм, длина реактора 560 мм. Расход электроэнергии на получение 1 кг озона для новой установки в среднем составлял не более 7,2 кВт·ч. В установках для реализации способа, выбранного за прототип, удельные энергозатраты достигают 50 кВт·ч/кг (согласно опубликованным данным).

По сравнению с прототипом имеет место существенное снижение энергозатрат на обработку воды, что достигается снижением дополнительных непроизводительных потерь энергии, исключением шунтирующего влияния электрических водных перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке (что приводит к дополнительным потерям энергии), интенсификацией процессов синтеза химически активных веществ и радикалов, более полным использованием всех активных факторов электрического барьерного разряда (химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, образующиеся в электрическом барьерном разряде, электрическое поле, ультрафиолетовое излучение, давление, температура, ультразвук, кавитация) при обработке воды, стабильностью и равномерностью новой формы электрического барьерного разряда в смеси воды и кислородсодержащего газа. Энергозатраты на обработку воды (по сравнению с прототипом) могут быть снижены 7-8 раз.