RU2164499C2

RU2164499C2 - Installation for treating water with electric current discharges

Info

Publication number: RU2164499C2
Application number: RU99100758A
Authority: RU
Inventors: С.С. Пельцман; И.А. Радионов; Н.А. Яворовский
Original assignee: Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date: 1999-01-10
Filing date: 1999-01-10
Publication date: 2001-03-27

Abstract

FIELD: equipment for cleaning water, for aftercleaning and disinfecting preliminarily clarified drainage, for destruction of pesticides, herbicides and other toxic chemicals. SUBSTANCE: installation includes pump 1, system of concentric electrodes 2,3 connected with source of high-voltage pulses 4. High-voltage electrode 2 is connected with high-voltage terminal of pulse source, outer electrode 3 is connected with ground. Electrode 2 is insulated with the aid of dielectric tube 6 and it is mounted on insulator 5. In gap between electrodes 3 and 2 there is dielectric insert 7 having working nozzle 8 separating space between electrodes 2, 3 by two ducts: air duct 9 and water duct 10. Receiving chamber 11 is joined with mixing chamber 12 whose inner surface is provided with dielectric coating-barrier 13. The whole space between electrodes 2,3 in zone of mixing chamber 12 and diffuser 14 serves as electric discharge chamber 15. Outlet opening of electric discharge chamber is joined with pipeline 17 connected with filtration system 18. EFFECT: enhanced efficiency of treating water, high quality of treated water. 1 dwg

Description

Изобретение касается очистки электрическими разрядами природных вод, доочистки и обеззараживания предварительно осветленных стоков, деструкции пестицидов, гербицидов и ядохимикатов. The invention relates to the purification by electric discharges of natural waters, the purification and disinfection of pre-clarified effluents, the destruction of pesticides, herbicides and pesticides.

Известно устройство для очистки сточных вод озонированием (а.с. СССР N 1495310, МПК⁶ C 02 F 1/78, опубл. 23.07.89 г.), состоящее из генератора озона, насоса, эжектора-смесителя и системы фильтрации жидкости. Вода подается насосом в эжектор-смеситель, где производится ее обработка озоном, после чего обработанная вода подается в систему фильтрации.A device for wastewater treatment by ozonation (as USSR AS N 1495310, IPC ⁶ C 02 F 1/78, publ. 07.23.89), consisting of an ozone generator, a pump, an ejector-mixer and a liquid filtration system. Water is pumped to the ejector-mixer, where it is treated with ozone, after which the treated water is supplied to the filtration system.

Недостатком устройства является высокая степень сложности и достаточно низкая эффективность обработки воды. The disadvantage of this device is a high degree of complexity and a rather low efficiency of water treatment.

Частично этот недостаток устранен в установке для очистки сточных вод озонированием (патент РФ N 2006485, МПК⁶ C 02 F 1/78, опубл. 30.01.94 г.), которая выбрана за прототип и содержит генератор озона, насос, эжектор-смеситель, и систему фильтрации жидкости, причем генератор озона и эжектор расположены соосно и последовательно в одном корпусе. Генератор озона выполнен высоковольтным, содержащим соединенную с высоковольтным источником питания концентрическую систему, включающую внутренний низковольтный и наружный высоковольтный электроды с разделяющим их диэлектрическим барьером. Внутренний электрод выполнен трубчатым, при этом один его конец соединен с насосом, а другой снабжен рабочим соплом, входящим в камеру смешения эжектора, впускное отверстие которого сообщается с межэлектродным пространством озонатора. Диэлектрический барьер, корпус камеры смешения эжектора и диффузор эжектора выполнены заодно в виде диэлектрической трубы переменного сечения.Partially this drawback was eliminated in the installation for wastewater treatment by ozonation (RF patent N 2006485, IPC ⁶ C 02 F 1/78, publ. 30.01.94), which is selected as a prototype and contains an ozone generator, a pump, an ejector-mixer, and a liquid filtration system, wherein the ozone generator and ejector are arranged coaxially and sequentially in one housing. The ozone generator is made of a high voltage, containing a concentric system connected to a high voltage power source, including an internal low voltage and an external high voltage electrodes with a dielectric barrier separating them. The inner electrode is made tubular, while one end is connected to the pump, and the other is equipped with a working nozzle that enters the mixing chamber of the ejector, the inlet of which communicates with the interelectrode space of the ozonizer. The dielectric barrier, the housing of the mixing chamber of the ejector and the diffuser of the ejector are made at the same time in the form of a dielectric pipe of variable cross section.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность обработки воды из-за того, что обработка ведется только смешиванием озоновоздушной смеси с водой. The disadvantage of this device is the low efficiency of water treatment due to the fact that the processing is carried out only by mixing the ozone-air mixture with water.

Основной технической задачей является повышение эффективности обработки воды за счет того, что производится комплексная обработка водовоздушной эмульсии во всем объеме электрическим полем, барьерными микроразрядами, ультрафиолетовым (УФ) излучением и химическими окислителями-дезинфектантами, образующимися в разряде: озоном, атомарным кислородом, пероксидом водорода и гидроксильными радикалами. При этом значительно повышается качество очистки и обеззараживания воды вследствие взаимного усиления отдельных видов воздействий (проявляется синергический эффект). Нерастворимые частицы (как находящиеся в воде, так и образующиеся из растворенных в процессе окисления и деструкции) активируются вследствие комплексного воздействия на них и приобретают свойства адсорбента, в дальнейшем на них сорбируются многие загрязнения. The main technical task is to increase the efficiency of water treatment due to the fact that a comprehensive treatment of the air-water emulsion in the entire volume by an electric field, barrier microdischarges, ultraviolet (UV) radiation and chemical oxidizing disinfectants formed in the discharge: ozone, atomic oxygen, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals. At the same time, the quality of water purification and disinfection is significantly increased due to the mutual strengthening of certain types of impacts (a synergistic effect is manifested). Insoluble particles (both those found in water and those formed from those dissolved in the process of oxidation and destruction) are activated due to the complex effect on them and acquire the properties of an adsorbent, in the future many impurities are sorbed on them.

Указанная техническая задача достигается тем, что в установке для обработки воды электрическими разрядами, содержащей источник высоковольтных импульсов, водяной насос и эжекторное устройство, выполненное в виде коаксиальных электродов, наружный из которых соединен с токопроводящим корпусом камеры смешения, причем внутренняя поверхность камеры смешения снабжена диэлектрическим покрытием, согласно предложенному решению водяной насос подсоединен к наружному заземленному электроду, внутренний высоковольтный электрод выполнен в виде стержня, рабочий конец которого расположен в камере смешения, причем на внутренний высоковольтный электрод надета диэлектрическая трубка, а в зазоре между наружным заземленным электродом и внутренним высоковольтным электродом установлена трубчатая диэлектрическая вставка, сопло которой расположено в приемной камере, причем камера смешения и внутренний высоковольтный электрод, покрытые диэлектрическими барьерами, образуют электроразрядную камеру. The specified technical problem is achieved in that in the installation for water treatment by electric discharges containing a source of high voltage pulses, a water pump and an ejector device made in the form of coaxial electrodes, the outer of which is connected to the conductive body of the mixing chamber, and the inner surface of the mixing chamber is provided with a dielectric coating , according to the proposed solution, the water pump is connected to an external grounded electrode, the internal high-voltage electrode is made in the form a rod, the working end of which is located in the mixing chamber, and a dielectric tube is put on the internal high-voltage electrode, and a tubular dielectric insert is installed in the gap between the external grounded electrode and the internal high-voltage electrode, the nozzle of which is located in the receiving chamber, the mixing chamber and the internal high-voltage electrode, covered with dielectric barriers form an electric discharge chamber.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявляемого устройства, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна". The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed device. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed invention have shown that they do not follow explicitly from the prior art.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the invention on the achievement of the indicated technical result is not known. Therefore, the invention meets the condition of patentability "inventive step".

На чертеже приведена конструкция установки для обработки воды электрическими разрядами. The drawing shows the design of the installation for the treatment of water by electric discharges.

Установка состоит из насоса 1, системы концентрических электродов 2 и 3, соединенных с источником высоковольтных импульсов 4. При этом внутренний высоковольтный электрод 2 соединен экранированным кабелем с высоковольтным выводом источника высоковольтных импульсов 4, а наружный заземленный электрод 3 - с землей. Внутренний высоковольтный электрод 2 установлен на изоляторе 5, выполненном в виде плоского кольца. Внутренний высоковольтный электрод 2 выполнен в виде стержня, причем на него надета диэлектрическая трубка-барьер 6, запаянная с одного конца. В зазоре между наружным заземленным электродом 3 и внутренним высоковольтным электродом 2 установлена диэлектрическая вставка 7, имеющая рабочее сопло 8, разделяющая пространство между электродами 2 и 3 на два канала: воздушный 9 и водяной 10. Приемная камера 11 соединяется с камерой смешения 12, внутренняя поверхность которой снабжена диэлектрическим покрытием-барьером 13. Весь объем между электродами 2 и 3 в зоне камеры смешения 12 и диффузора 14 является одновременно электроразрядной камерой 15. Выходное отверстие электроразрядной камеры 16 соединено с трубопроводом 17, идущим к системе фильтрации 18. The installation consists of a pump 1, a system of concentric electrodes 2 and 3, connected to a source of high-voltage pulses 4. In this case, the internal high-voltage electrode 2 is connected by a shielded cable to the high-voltage output of the source of high-voltage pulses 4, and the external grounded electrode 3 is connected to ground. The internal high-voltage electrode 2 is installed on the insulator 5, made in the form of a flat ring. The internal high-voltage electrode 2 is made in the form of a rod, and a dielectric barrier tube 6 sealed on one end is put on it. In the gap between the external grounded electrode 3 and the internal high-voltage electrode 2, a dielectric insert 7 is installed, having a working nozzle 8, dividing the space between the electrodes 2 and 3 into two channels: air 9 and water 10. The receiving chamber 11 is connected to the mixing chamber 12, the inner surface which is equipped with a dielectric coating-barrier 13. The entire volume between the electrodes 2 and 3 in the area of the mixing chamber 12 and the diffuser 14 is simultaneously an electric discharge chamber 15. The outlet of the electric discharge chamber 16 is connected ineno with a pipe 17 going to the filtration system 18.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Обрабатываемая жидкость с помощью насоса 1 подается в водяной канал 10. Вода с большой скоростью истекает из рабочего сопла 8 в приемную камеру 11, увлекая за собой большое количество воздуха, поступающего через воздушный канал 9, после чего поток попадает в камеру смешения 12 и диффузор 14. В камере смешения 12 воздух и вода интенсивно смешиваются, образуя высокодиспергированную водовоздушную эмульсию. При включении источника высоковольтных импульсов 4 в электроразрядной камере 15 между электродами 2 и 3, разделенными диэлектрическими барьерами, возникает электрическое поле, генерирующее барьерные микроразряды во всем объеме водовоздушной эмульсии, с образованием УФ-излучения, озона, гидроксильных радикалов, пероксида водорода, атомарного кислорода. Таким образом происходит обработка всего объема водовоздушной эмульсии электрическим полем, барьерными микроразрядами, озоном и другими химическими окислителями - дезинфектантами в присутствии УФ- излучения. При этом в полной мере используется синергический эффект, что значительно повышает эффективность очистки и обеззараживания воды. The processed liquid is pumped into the water channel 10 with the help of pump 1. Water flows out at a high speed from the working nozzle 8 to the receiving chamber 11, entraining a large amount of air entering through the air channel 9, after which the flow enters the mixing chamber 12 and the diffuser 14 . In the mixing chamber 12, air and water are intensively mixed, forming a highly dispersed water-air emulsion. When the source of high-voltage pulses 4 is turned on in the electric discharge chamber 15 between the electrodes 2 and 3 separated by dielectric barriers, an electric field appears that generates barrier microdischarges in the entire volume of the air-water emulsion, with the formation of UV radiation, ozone, hydroxyl radicals, hydrogen peroxide, atomic oxygen. Thus, the entire volume of the water-air emulsion is treated with an electric field, barrier microdischarges, ozone and other chemical oxidizing agents - disinfectants in the presence of UV radiation. At the same time, the synergistic effect is fully used, which significantly increases the efficiency of water purification and disinfection.

С выхода 16 электроразрядной камеры 15 по трубопроводу 17 обработанная вода поступает в систему фильтрации 18. Высокая эффективность обработки воды на предложенной установки была получена при следующих основных ее параметрах: при амплитуде импульсов высокого напряжения 20 кВ, частоте подачи импульсов 1000 имп/с, производительности установки 0,5 м³/ч. Для достижения высокой эффективности установок другой производительности оптимальные параметры подбирались экспериментально.From the outlet 16 of the electric discharge chamber 15, through the pipeline 17, the treated water enters the filtration system 18. High efficiency of water treatment at the proposed installation was obtained with the following main parameters: at an amplitude of high voltage pulses of 20 kV, a pulse supply frequency of 1000 imp / s, and plant performance 0.5 m ³ / h. To achieve high efficiency of plants with different capacities, the optimal parameters were selected experimentally.

Claims

Installation for water treatment by electric discharges, containing a source of high voltage pulses, a water pump and an ejector device made in the form of coaxial electrodes, the outer of which is connected to the conductive housing of the mixing chamber, the inner surface of the mixing chamber provided with a dielectric coating, characterized in that the water pump is connected to the external grounded electrode, the internal high-voltage electrode is made in the form of a rod, the working end of which is located in the mixing chamber, Rich the inner high voltage electrode worn dielectric tube and the gap between the outer and the inner ground electrode high voltage electrode is installed tubular dielectric insert, the nozzle of which is arranged in the receiving chamber, wherein the mixing chamber and the high voltage electrode is coated with dielectric barrier, form electric discharge chamber.