способ очистки и обеззараживания сточных вод

Формула изобретения

Способ очистки и обеззараживания сточных вод, включающий обработку водогазовой смеси электрическими разрядами, отличающийся тем, что способ осуществляют в камере, снабженной диэлектрической мембраной с отверстиями, расположенной между верхним электродом, выполненным в виде пластины с закрепленными на ней металлическими изолированными стержнями, заостренными с торца, и нижним электродом, выполненным в виде металлической пластины с отверстиями, на котором установлен дополнительный -образный электрод, ветви которого проходят через отверстия диэлектрической мембраны, при этом обработку электрическими разрядами осуществляют при напряжении 700-900 В частотой 50 Гц, подаваемом на верхний и нижний электроды, а подачу воздуха для поддержания объемного соотношения воды к воздуху 2:1 осуществляют через патрубок подвода воздуха, расположенный под пластиной из мелкопористого материала, установленной под нижним электродом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологии и предназначено для очистки и обеззараживания сточных вод.

Известен способ (пат. №2178390, РФ, МПК С 02 F 1/48, 1999 г.), в котором обработку сточных вод осуществляют в режиме короткого замыкания трибоэлектрического поля электродов, один из которых выполнен с диэлектрической поверхностью. Водный раствор при этом вращают в межэлектродном пространстве.

Известен способ (пат. №2178774, РФ, МПК С 02 F 1/48, 2000 г.), в котором обработку воды осуществляют в устройстве, которое содержит корпус с узлом создания водовоздушной смеси, расположенные под ним высоковольтные и заземленные электроды, емкость для сбора обработанной воды.

Известен способ (пат. №2189361, РФ, МПК С 02 F 1/46, 2000 г.), в котором обработку воды электрическими разрядами осуществляют в устройстве, которое содержит камеру смешения воды с озоновоздушной смесью, совмещенную с эжекторным насосом, систему прокачки воды и воздуха, высоковольтный генератор, камеру синтеза озона, корпусом которой является внешний полый электрод, внутри которого установлен внутренний электрод, имеющий продольное отверстие для прокачки воды.

Недостатками вышеперечисленных способов обработки воды являются низкая эффективность очистки и производительность, недостаточно высокая степень обеззараживания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ (SU №785212, С 02 F 1/48, 07.12.80), включающий обработку водогазовой смеси электрическими разрядами напряжением 700-900 В частотой 50 Гц. Для выполнения способа воду смешивают с озоновоздушной смесью и в специальном реакторе обрабатывают переменным электрическим током за счет подачи на металлические электроды, погруженные в обрабатываемую жидкость, переменного тока.

Недостатками известного способа являются низкая эффективность, надежность, скорость обеззараживания и очистки сточных вод.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности, надежности, скорости обеззараживания и очистки сточных вод.

Результат достигается тем, что в способе очистки и обеззараживания сточных вод, включающем обработку водогазовой смеси электрическими разрядами, обработку осуществляют в камере, снабженной диэлектрической мембраной с отверстиями, расположенной между верхним электродом, выполненным в виде пластины с закрепленными на ней металлическими изолированными стержнями, заостренными с торца, и нижним электродом, выполненным в виде металлической пластины с отверстиями, на котором установлен дополнительный - образный электрод, ветви которого проходят через отверстия диэлектрической мембраны, при этом обработку электрическими разрядами осуществляют при напряжении 700-900 В частотой 50 Гц, подаваемом на верхний и нижний электроды, а подачу воздуха для поддержания объемного соотношения воды к воздуху 2:1 осуществляют через патрубок подвода воздуха, расположенный под пластиной из мелкопористого материала, установленной под нижним электродом.

Заявляемый способ заключается в следующем: обрабатываемая сточная вода насыщается воздухом в соотношении 2:1, вследствие чего создаются воздушные пузырьки, наличие которых уменьшает предпробивное время, т.е. способствует зажиганию объемного разряда. При приложении напряжения 700-900 В частотой 50 Гц создается электрическое поле, под воздействием которого на -образном электроде создаются мелкие воздушные пузырьки, затем эти пузырьки удлиняются вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении. Сжатие пузырька означает, что вблизи экватора пузырька действуют сжимающие диэлектрофоретические силы, т.е. пузырек ведет себя как диэлектрик, поле внутри него не искажено или слабо искажено. Затем пузырек увеличивается во всех направлениях. Значительная деформация во всех направлениях означает, что на поверхность пузырька действуют не только кулоновские силы, но и что давление внутри пузырька увеличено, что связано с ионизационными процессами. Статическое время запаздывания в этом случае определяется условиями для создания первичного стримера, который вылетает из кончика одного из пузырьков (фиг.1). Далее стримеры заполняют собой полусферу. Образование стримеров сопровождается ударными волнами, центром которых является то же место, что и место зарождения стримеров, т.е. кончик пузырька. Когда ударные волны доходят до конца стримерной зоны, первичные стримеры исчезают, а из места остановки зарождаются новые вееры стримеров. При развитии канала стримера поверхность пузырьков оказывается заряженной, развивается объемный разряд по поверхности пузырьков. Одновременно на отверстиях диэлектрической мембраны локализуется тлеющий разряд. Обработка стоков осуществляется двумя видами разрядов. В результате воздействия двух видов электрических разрядов в двухфазной среде генерируется озон, ряд активных частиц (радикал ОН, атомарный кислород, активные молекулы и возбужденные частицы). Созданные в достаточных количествах эти частицы в результате последующих превращений способны разложить любое органическое вещество вплоть до полной минерализации. Дополнительно происходит жесткое ультрафиолетовое излучение плазмы, способствующее обеззараживанию воды. Распространению излучения способствуют воздушные пузырьки, играющие роль линз. Также в процессе развития электрического пробоя в воде образуется мощная ударная волна, оказывающая дополнительное бактерицидное воздействие. Поскольку все воздействия осуществляются одновременно, то наблюдается синергетический эффект. Это означает, что одновременное воздействие значительно эффективнее, чем сумма отдельных воздействий.

Предложенный способ позволяет повысить эффективность обработки воды из-за многофакторного воздействия, а также из-за большой поверхности образования электрического плазменного и тлеющих разрядов. Надежность и безопасность повышаются за счет использования вместо озона воздуха для приготовления водогазовой смеси.

Способ реализуется устройством для очистки и обеззараживания сточных вод, изображенным на фиг.2.

Как показано на фиг.2, устройство содержит камеру 1 для обработки жидкости (геометрическая форма и размеры определяются исходя из местных условий очистных сооружений), выполненную из изоляционного материала. Внутри установлены два электрода: верхний 2 и нижний 3, причем первый выполнен в виде пластины с закрепленными на ней металлическими изолированными стержнями, заостренными с торца, второй представляет собой металлическую пластину с отверстиями. Между электродами расположена диэлектрическая мембрана 4 с отверстиями, изготовленная из изоляционного материала, например фторопласта. Под нижним электродом 3 установлена пластина 5 из мелкопористого материала. В нижней части устройства расположен патрубок 6 для подачи воздуха под давлением. На нижнем электроде установлен дополнительный -образный электрод 7, который проходит через отверстия диэлектрической мембраны. Патрубок для подачи воды 8 расположен в верхней части устройства. Источник питания 9 состоит из силового трансформатора частотой 50 Гц и регулировочного автотрансформатора.

Способ осуществляется следующим образом. Исходная вода подается на очистку через патрубок для подачи воды 8, причем уровень воды должен быть таким, чтобы был перекрыт торец верхнего изолированного электрода 2. Через патрубок для подачи воздуха 6 в устройство подается воздух под давлением 0,5-0,8 атм, при этом поддерживается объемное соотношение воды и воздуха 2:1, вследствие чего происходит активная аэрация воды, в зоне между верхним изолированным электродом и диэлектрической мембраной, а также на поверхности стоков создается большое количество воздушных пузырьков. На верхний и нижний изолированные электроды подается от источника питания 9 переменное напряжение 700-900 В частотой 50 Гц, затем напряжение повышается до образования стримерного разряда при помощи образного электрода 7. Стримерный разряд переходит затем в скользящий разряд по поверхности пузырьков, который развивается в объемный плазменный разряд. Далее напряжение снижается до величины, достаточной для поддержания устойчивого плазменного разряда. Последнее обстоятельство позволяет существенно снизить расход электроэнергии для очистки и обеззараживания сточных вод. Одновременно на перфорациях диэлектрической мембраны 4 локализуется тлеющий разряд.

При испытании устройства, реализующего способ, были получены следующие результаты: удельные энергозатраты на очистку и обеззараживание воды составили 0,2-0,4 кВт/м ³.

В таблице приведены некоторые результаты анализов качества обработанной воды.

Результаты химических анализов
Перечень определяемых компонентов	Результат анализа, мг/дм 3
	Проба №1 (до очистки)	Проба №2 (после очистки)
Ионы аммония	13,68	10,05
БПК	140	50
Взвешенные вещества	137	28
рН	7,28	7,31

Результаты баканализов
Перечень определяемых компонентов	Результат анализа, мг/дм 3
	Проба №1 (до очистки)	Проба №2 (после очистки)
ОМЧ	2,1·106	6,2·104
Коли-индекс	240000000	Менее 500

Из таблицы видно, что данный способ очистки и обеззараживания сточных вод позволяет существенно повысить эффективность обработки воды.