способ очистки воды

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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/м ²;

- 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