способ обработки жидкостей, содержащих трудноразлагаемые токсичные вещества и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обработки жидкостей, содержащих трудноразлагаемые токсичные вещества, путем влажного окисления с помощью озонсодержащего газа и УФ-облучения, включающий регулирование величины рН подлежащего обработке потока жидкости, отличающийся тем, что озонсодержащий газ вводят в жидкость, которая не подвергнута УФ-облучению, и растворяют в ней, нерастворенный озонсодержащий газ отделяют перед УФ-облучением и затем содержащую озон в абсорбированном виде и в основном свободную от газовых пузырьков жидкость облучают УФ-лучами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что озонсодержащий газ вводят в жидкость под повышенным давлением.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в потоке жидкости при вводе озонсодержащего газа и при отводе нерастворенного озонсодержащего газа поддерживают повышенное давление.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что поток жидкости обрабатывают многократно в циркуляционном контуре.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что поток жидкости, циркулирующей в контуре, больше, чем непрерывно подводимый и отводимый поток жидкости.

6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что озонсодержащий газ вводят в подводимый поток подлежащей обработке жидкости или в часть подводимого потока.

7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что отделенный нерастворенный озонсодержащий газ вводят в поток подлежащей обработке жидкости.

8. Способ по пп.1 7, отличающийся тем, что озон получают из технического кислорода, а содержащий остаточный озон кислород после отделения от жидкости высушивают и используют для получения озона.

9. Способ по пп. 1 8, отличающийся тем, что озон получают с помощью спокойного электрического разряда.

10. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что жидкость облучают УФ-лучами с различными длинами волн.

11. Способ по пп.1 10, отличающийся тем, что жидкость облучают УФ-лучами с различными длинами волн одновременно.

12. Способ по пп.1 11, отличающийся тем, что жидкость облучают УФ-лучами с различными длинами волн последовательно.

13. Способ по пп.1 12, отличающийся тем, что подлежащую обработке жидкость нагревают.

14. Способ по пп.1 13, отличающийся тем, что после ввода озонсодержащего газа и перед комбинированным воздействием озона и УФ-облучения жидкость подвергают коагуляционной фильтрации или коагуляционному осаждению.

15. Установка для обработки жидкостей, содержащих трудноразлагаемые токсичные вещества, включающая источник озонсодержащего газа, устройство для введения озонсодержащего газа в поток подлежащей обработке жидкости, устройство для УФ-облучения обрабатываемой жидкости, не менее двух реакционных емкостей, соединенных последовательно, приточную магистраль для подвода подлежащей обработке жидкости и магистраль для отвода обработанной жидкости, отличающаяся тем, что устройство для УФ-облучения подключено к устройству для введения озонсодержащего газа, а реакционная емкость расположена между ними.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что реакционная емкость выполнена в виде сдвоенных емкостей, размещенных одна в другой, из которых наружная емкость закрыта и имеет верхнюю зону для отвода отделенного нерастворенного озонсодержащего газа, а внутренняя имеет открытый верхний торец с переливной кромкой, при этом приточная магистраль для подвода подлежащей обработке жидкости проходит сверху до нижней зоны внутренней емкости, а отводные магистрали жидкости выходят из нижней зоны наружной емкости.

17. Установка по пп.15 и 16, отличающаяся тем, что она имеет циркуляционный контур, при этом нижняя зона наружной емкости имеет отводные магистрали для вывода жидкости и для подачи жидкости в циркуляционный контур.

18. Установка по пп.15 17, отличающаяся тем, что устройство для УФ-облучения включает в себя облучающий блок, установленный между обеими реакционными емкостями.

19. Установка по пп.15 18, отличающаяся тем, что устройство для УФ-облучения включает в себя облучающий блок, установленный в магистрали для отвода обработанной жидкости из последней реакционной емкости.

20. Установка по пп.15 18, отличающаяся тем, что устройство для УФ-облучения включает в себя облучающий блок, установленный в циркуляционном контуре, соединяющем магистраль для отвода жидкости с приточной магистралью для подвода жидкости.

21. Установка по пп.15 20, отличающаяся тем, что она имеет соединительную магистраль и выпускную трубу для отвода отделенного нерастворенного озонсодержащего газа из первой реакционной емкости, при этом соединительная магистраль проходит от выпускной трубы из первой реакционной емкости в нижнюю зону следующей реакционной емкости.

22. Установка по пп.15 21, отличающаяся тем, что устройство для введения озонсодержащего газа расположено в приточной магистрали для подвода подлежащей обработке жидкости.

23. Установка по пп.15 22, отличающаяся тем, что устройство для введения озонсодержащего газа расположено в циркуляционном контуре, соединяющем магистраль для отвода жидкости из реакционных емкостей с приточной магистралью для подвода жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке жидкостей, содержащих токсичные компоненты, которые трудно окисляются. К этой группе токсичных веществ относятся, например, хлористые углеводороды, из которых многие не имеют склонности к биологической деструкции и из которых некоторые даже имеют токсическое действие на организмы.

Эти вещества могут быть насыщенными или ненасыщенными углеводородами, алифатическими или ароматическими, у которых некоторые атомы водорода замещены галогенами.

Это могут быть низкомолекулярные вещества, например, раствор трихлорэтилена или высокомолекулярные лигнины, или гуминовые кислоты.

Среди них имеются соединения, медленно или даже вообще не реагирующие с озоном, одним из сильнейших окислителей.

Эти трудно разрушаемые соединения, которые в этой форме не возвращаются на землю с природной экологической циркуляции элементов и веществ, синтезируются химически, искусственным путем, чтобы, например, использоваться в качестве раздувающего вещества, хладагента, растворителя, пестицидов или гербицидов, или они возникают в виде побочных продуктов при каких-либо промышленных процессах, например, при белении хлором хлорлигнинов.

Они дренируются из открытых складов для отходов, отравляют грунтовые воды и реки. Существует необходимость найти пути, чтобы обезвредить эти вещества.

Известно, что ультрафиолетовое излучение абсорбируется некоторыми химическими соединениями между атомами в определенных органических молекулах и поэтому эти соединения разрыхляются, так что они с помощью радикалов окисляются, т.е. могут быть разрушены.

Такими окислителями для энергетически возбужденных соединений могут быть ОН-радикалы, ОН-радикалы могут быть образованы путем ультрафиолетового облучения водных растворов перекиси водорода (Н₂О₂) или озона (О₃), в связи с тем, что исходные соединения H₂О₂ и О₃ также абсорбируют ультрафиолетовое излучение и отщепляют атомы кислорода, которые реагируют с водой, образуют ОН-радикалы.

Известные до сих пор комбинационные способы воздействия О₃ УФ работают с УФ-погруженными излучателями. Они имеют в камерах облучения большие толщины слоя воды, которые могут пронизываться УФ-лучами с большим трудом, чем при сквозных (проходных) облучателях с более тонкими слоями воды. Кроме того, в этих камерах озон вносится непосредственно с помощью несущего газа, причем растворение озона в воде не оптимально, а пузырьки физически нерастворенного газа также отрицательно действуют при использовании УФ-излучения.

В основе изобретения лежит задача улучшить эффективность комбинированной обработки ультрафиолетовое облучение озон.

Это достигается благодаря тому, что жидкость подводится к системе УФ-излучения в практически свободном от пузырьков состоянии с физически растворенным озоном, благодаря чему эффективность УФ-излучения существенно повышается.

Рекомендуется вводить в жидкость содержащий озон газ при повышенном давлении, рекомендуется повысить также давление во всей системе, благодаря чему увеличивается парциальное давление озона в жидкости и также растворимость озона, что полезно для эффективности озонной обработки.

Целесообразно осуществлять многократную обработку жидкости в контуре, причем циркулируемый в контуре поток жидкости может быть больше, чем непрерывно подводимый и отводимый поток жидкости.

Благодаря этому достигается максимально полное поглощение озона и лучшая передача ультрафиолетового излучения благодаря эффекту разбавления. Кроме того, многократная обработка УФ-излучением производится в одной и той же установке и увеличивается время пребывания в зоне облучения.

Ввод озоносодержащего газа может происходить в подаваемом потоке подлежащей обработке жидкости или в части этого потока.

Чтобы увеличить выход поданного в растворе озона рекомендуется, чтобы была обеспечена возможность выделенному, содержащему остаточный озон несущему газу заново прореагировать с жидкостью.

Если для получения озона используется технический кислород, а несущим озон газом также является кислород то этот кислород после отделения озона может снова подводиться через сушильную установку к источнику озона или к источнику получения озона.

Целесообразное исполнение способа заключается в облучении УФ-лучами с различной длиной волны, которые могут действовать одновременно или последовательно друг за другом на определенный объем жидкости. Длины волн при этом могут быть дискретными, например, наиболее часто применяемая длина волны равна 254 нм и иметь другие определенные значения, но могут также охватывать полосу непрерывных длин волн в единственной или в любой комбинации.

Благодаря различию в длинах волн может осуществляться согласование внесения энергии с различными реакциями, происходящими с токсичными веществами.

Может регулироваться значение величины рН, подлежащей обработке жидкости, чтобы увеличить ее способность к реагированию. Соответственно этому возможно нагреть обрабатываемую жидкость, чтобы поднять скорость реакции.

Благодаря исполнению способа достигнуто то, что вещества, способные реагировать только с озоном, например, азо-красители, коллоиды и взвешенные вещества суспензии разрушаются или сепарируются перед комбинированным одновременным воздействием озона и УФ-излучения, так что увеличивается прозрачность жидкости и, тем самым, проницаемость для ультрафиолетового излучения и его эффективность.

Емкость для проведения реакции и дегазации, в которой происходит, с одной стороны, реакция озона с токсичными веществами и, с другой стороны, выделение и отделение нерастворившейся доли озоносодержащего газа, выполнена в предпочтительной форме.

Жидкость с введенным озоносодержащим газом проходит так, что смесь прежде всего поступает во внутреннюю емкость, из которой может улетучиваться физически нерастворенный газ, который удаляется по отводящей магистрали. Жидкость благодаря подводу в нижней зоне внутренней емкости поднимается в ней и сверху течет в наружную емкость, а затем отводится из успокоительной зоны в нижней части наружной емкости.

Могут быть предусмотрены отводы как для выпускаемой, так и для циркулирующей жидкости, которая возвращается по отводной магистрали в приточный трубопровод.

Этот контур, который делает возможным многократную обработку одного и того же объема жидкости, является существенным признаком исполнения изобретения.

По предпочтительному варианту исполнения устройство для облучения обрабатываемой жидкости включает в себя облучающий блок, установленный между двумя емкостями, для осуществления реакции и дегазации.

Но также облучающий блок может быть установлен в отводе последней емкости для осуществления реакций и дегазации и/или в отводной магистрали, возвращающей жидкости от отводов емкости для осуществления реакции и дегазации в приточную магистраль.

Чтобы улучшить выход подведенного в растворе озона, газ, выделенный в первой емкости для осуществления реакций и дегазации, может содержать еще часть озона, которая для эффективности благодаря приведенным мероприятиям может подводиться во вторую емкость для осуществления реакций и дегазации.

Озон может вводиться в жидкость с помощью вводной магистрали, расположенной в приточной магистрали для жидкости и/или с помощью вводной магистрали, расположенной в рециркуляционной трубе.

Для интенсификации воздействия УФ-облучения рекомендуется применять блоки для УФ-облучения такой конструктивной формы, что лучами пронизывается поперек протекающий слой жидкости относительно малой толщины. В качестве озонаторов по соображениям высокого выхода целесообразно применять такие, которые работают с тихим разрядом.

На фиг.1 показана схема установки для обработки воды, содержащей токсичные вещества, с облучающими блоками, установленными между реакционными емкостями и в циркуляционном контуре, соединяющим магистраль для отвода жидкости с приточной магистралью для подвода жидкости; на фиг.2 схема установки с облучающими блоками, установленными между реакционными емкостями и в магистрали для отвода обработанной жидкости из последней реакционной емкости; на фиг. 3 схема установки с облучающим блоком, установленным между реакционными емкостями.

Установка (фиг. 1) включает озонатор 10, первый реактор-дегазатор 20, второй реактор дегазатор 30, первый блок 40 ультрафиолетового УФ-облучения и второй блок 50 УФ-ультрафиолетового облучения.

Сырая (исходная) вода, образующая обрабатываемую жидкость, поступает по приточной магистрали 1 в установку и с помощью насоса 2 ей придают повышенное давление в несколько бар.

Озон получают из кислорода. Кислород забирают из ресивера 3 и подают через редуктор 4 в озонатор 10, в котором получают озон в концентрации 100 г/м³ кислорода. Кислородсодержащий газ, состоящий из О₃ и О₂, по магистрали 5 подводят к инжектору 6, расположенному в приточной магистрали 1 для жидкости. В инжекторе 6 озоносодержащий газ, имеющий, со своей стороны, слегка повышенное давление, всасывается в жидкость, находящуюся под повышенным давлением.

Также поступает по отводу 7 озоносодержащий газ к инжектору 8, расположенному в рециркуляционной трубе 9, которая в месте 11 выше по потоку за инжектором 6 входит в приточную магистраль 1.

Жидкость, обогащенная с помощью инжекторов 6 и 8 озоносодержащим газом, по приточной магистрали 12 поступает в емкость 20 для реакции дегазации

Емкость 20 для реакции-дегазации состоит из цилиндрической наружной емкости 13, в которой концентрически расположена цилиндрическая внутренняя емкость 14. Внутренняя емкость 14 в месте 15 по нижней кромке плотно соединена с днищем наружной емкости 13. По верхней кромке 16 внутренняя емкость 14 открыта и образует слив. Приточная магистраль 12 ведет в нижнюю зону 17 внутренней емкости 14, которая предусмотрена с наполнителями и/или с дефлекторами, которые обозначены штриховкой 18. Таким образом жидкость течет по направлению стрелки 19 через емкость 14 вверх и многократно турбулентно отклоняется, так что введенный в жидкость озон имеет возможность прореагировать, а только смешанный с жидкостью, но нерастворенный в ней газ имеет возможность освободиться и подняться в полость 21 выше внутренней емкости. Затем жидкость течет над верхней кромкой 16 вниз по направлению стрелки 22 в наружной емкости. В нижней зоне 23 наружной емкости находится успокоительная зона, в которой озонная реакция и реакция дегазация уже в значительной степени окончены. В нижней зоне 23 в наружной емкости 13 находится отвод 24, по которому жидкость поступает в блок 40 ультрафиолетового облучения, и отвод 25, через который жидкость поступает в магистраль 26, где установлен насос 27, который вновь повышает давление жидкости. От насоса 27 жидкость течет через блок 50 ультрафиолетового облучения и по рециркуляционной трубе 9 назад к инжектору 8. Часть жидкости, которая прошла блок 40 УФ-облучения, поступает через приточную магистраль 28 в нижнюю зону 29 второй емкости 30 для реакции-дегазации, которая в примере исполнения выполнена точно так же, как реактор-дегазатор 20. Жидкость поднимается во внутренней емкости реактора-дегазатора 30, причем имеет место остаточная реакция с растворенным озоном. После перетекания верхнего края внутренней емкости 14 поступает обработанная до готовности жидкость в слив 31. Однако другая часть жидкости, перетекающая по направлению стрелки 22, отводится по сливу 35 и поступает в магистраль 26 и протекает заново через инжектор 8.

Выделенный пpи дегазации в реакторе дегазаторе 20 содержащий остаточный озон несущий газ собирается в верхней зоне 21 закрытой внешней емкости 13 и отводится оттуда через магистраль 32. Этот газ может или выдуваться через магистраль 33, или может через приточную магистраль 34 вводится в нижнюю зону 29 второго реактора дегазатора 30, откуда он поднимается в жидкости во внутренней емкости 14, так что остаточный озон имеет новую возможность для реакции.

Собирающийся в верхней зоне 36 озононесущий газ, состоящий из кислорода, может возвращаться по магистрали 37 и через газовую сушилку 38 в озонатор 10. Вместо кислорода могут использоваться также и другие газы, как воздух, азот и аргон в качестве переносящего озон газа.

Установка (фиг.2) работает следующим образом.

Сырая (исходная) вода, поступающая по приточной магистрали 1 и получающая с помощью насоса 2 давление, соответствующее системе, выше по потоку за насосом 2 разделяется. Ответвленный поток в магистрали 39 с помощью повышающего давления насоса 41 получает повышенное давление и через магистраль 42 его подводят к реактору-дегазатору 60, конструкция и принцип действия которого в основном соответствует реактору-дегазатору 20. Жидкость из нижней зоны наружной емкости 13 реактора-дегазатора 60 по магистрали 43 снова примешивается к основному потоку в магистрали 44, образующей приточную магистраль к второму реактору-дегазатору 70, который также выполнен соответственно реактор-дегазатор 20 и также функционирует. Из нижней зоны наружной емкости 13 жидкость после реакции с озоном поступает в слив 31, причем в приточной магистрали 45 к сливу 31 размещен блок 80 для УФ-облучения, который подвергает жидкость окончательному УФ-облучению.

Из нижней зоны 23 другая магистраль 47 через насос 48 и магистраль 59 ведет к другому блоку 90 для УФ-облучения, из которого жидкость возвращают в основной поток в магистрали 44. По магистрали 47, 44 жидкость с растворенным озоном многократно прокачивается через контур и при этом повторно подвергается УФ-облучению в блоке 90 для облучения.

Собирающийся над жидкостью в зонах 49 и 51 озононесущий газ по магистралям 62, 64 и 53 выдувается в атмосферу после того, как он пройдет преобразователь 54 остаточного озона.

В соответствии со схемой, представленной на фиг.3, подлежащая обработке жидкость в виде обработанной воды входит в установку по магистрали 1, с помощью насоса 2 ей обеспечивается повышенное давление. Она протекает через реактор 85 и затем через блок 40 ультрафиолетовой обработки. В заключение жидкости вновь с помощью дополнительного насоса 52 обеспечивается повышенное давление, и она проходит через инжектор 56, в котором к жидкости примешивается озоносодержащий газ, вводимый по магистрали 57. Обогащенная озоном жидкость поступает затем в дегазатор 60, где отделяется часть газа, содержащая остаточный озон, не растворившаяся в жидкости, и отводится по магистрали 53. Жидкость, содержащая растворенный озон, по магистрали 68 подводится к точке 58, где она примешивается к введенной исходной воде. Озонная реакция начинается в реакторе 85, который имеется тогда, когда необходимо значительное количество (озона) для ионной реакции для обработки индивидуальной исходной воды.

Однако в определенных случаях также возможно обойтись без реактора 85 и из точки 58 по показанному штрих-пунктирными линиями трубопроводу 64 выйти к точке 65 за реактором 85 и оттуда непосредственно попасть в блок 40 для УФ-обработки. После примешивания озона в инжекторе 56 происходит дегазация в дегазаторе 60 и дегазированная жидкость, содержащая озон только в растворенной форме, по магистралям 68 и 64 снова подводится к блоку 40 для ультрафиолетового облучения. Таким образом жидкость, обогащенная озоном, проходит блок 40 для УФ-облучения снова только в отдегазированном виде, что повышает эффективность облучения.

Озон образуется из кислорода, содержащего в ресивере 3 и поступающего через фильтр 51 в озонатор 10. Пpодукт, выходящий из озонатора 10, является смесью оставшегося О₂ в качестве несущего газа и нескольких процентов О₃. Эту смесь по магистрали 57 подводят к инжектору 56.

Отводимый по магистрали 53 из дегазатора 60 нерастворившийся и содержащий остаточный озон газ обрабатывается в преобразователе 54 остаточного озона, где оставшийся озон заново превращается в О₂, который через фильтр 66 и обозначенную в целом поз.38 газовую сушилку по магистрали 55 возвращается к точке 67 перед фильтром 51 и вновь подвергается озонации в озонаторе 10.

Количество находящейся в установке жидкости с помощью регулятора уровня 59 может сохраняться постоянным, причем регулятор взаимодействует с датчиком уровня 62 в дегазаторе 60 и управляет по линии управления 63 клапаном 61, который при подъеме уровня в дегазаторе 60 сливает жидкость.

Блоки 40, 50, 80, 90 для облучения имеют такую конструкцию, что они пронизывают жидкость в виде относительно тонких слоев и поэтому имеет место незначительное ослабление интенсивности УФ-облучения, пронизывающего в поперечном направлении слой жидкости.

Установки обеспечивают эффективное комбинированное воздействие с помощью озона и УФ-облучения благодаря тому, что озоносодержащий газ при высоких концентрациях вносится в жидкость под давлением с помощью насосов, повышающих давление воды, и инжекторов;

растворимость газа увеличивается не только благодаря повышению парциального давления озона (высокая концентрация озона и более высокое давление в водной системе), но и путем увеличения объема воды для внесения озона по отношению к притоку исходной воды за счет многократных проходов по водяному контуру, а также за счет дефлекторов в реакторе-дегазаторе.

вода подводится для УФ-облучения свободной от пузырьков, так как в ней озон уже физически растворен;

обеспечивается за счет многократности циркуляции облучаемой воды возможность ее разбавления и улучшения передачи ультрафиолетовых лучей по отношению к более концентрированному и менее интенсивному потоку исходной воды;

проточные аппараты для УФ-облучения с позитивной геометрией облучения и тонкие слои жидкости обеспечивают высокую эффективность воздействия УФ-облучения на содержащиеся в жидкости вещества и растворенный озон.

из-за выполнения контуров жидкости становится возможной многократная дозировка УФ-облучения с помощью одного аппарата и увеличение времени пребывания в облучаемой зоне;

из-за внесения озона перед дегазатором и благодаря начинающейся реакции озона на пути к месту одновременного комбинированного воздействия озона и УФ-облучения веществ, способных к реакции только при наличии озона, например, красок и частиц ила, возрастает прозрачность жидкости и, тем самым, передача УФ-облучения, и улучшается комбинированное воздействие озона и ультрафиолетового облучения.

Вообще благодаря комбинации воздействия озона и УФ-облучения окисление трудно расщепляемых веществ, которые частично даже токсичны, происходит так долго, пока не будут или достигнуты требуемые пределы, или даже могут вещества и дальше биологически расщепляется, или даже происходит минерализация, если были использованы достаточно высокие дозы.

Обусловленные способом по этому изобретению преимущества по отношению к подобным известным способам следующие:

никакой отгонки технических веществ благодаря многократному принудительному введению газа;

хороший показатель растворения озона благодаря нескольким ступеням растворения;

использование для ультрафиолетового облучения свободной от газовых пузырьков, озоносодержащей жидкости;

обеспечение значительной дозы УФ-облучения благодаря многократному проходу жидкости через облучатель;

повышение проницаемости для УФ-облучения поступающей жидкости благодаря разбавлению и возможной реакции озона с красящими веществами;

возможность комбинаций при монтаже оборудования;

для повышения значения рН

для повышения температуры и

для коагуляции с помощью озона;

вариационная возможность спектра УФ-облучения из-за различных источников облучения, благодаря чему можно уравнять оптимум по излучению с оптимумом по абсорбции органическими веществами.