RU2136600C1 - Reactor and process of water purification - Google Patents

Reactor and process of water purification Download PDF

Info

Publication number
RU2136600C1
RU2136600C1 RU97121032A RU97121032A RU2136600C1 RU 2136600 C1 RU2136600 C1 RU 2136600C1 RU 97121032 A RU97121032 A RU 97121032A RU 97121032 A RU97121032 A RU 97121032A RU 2136600 C1 RU2136600 C1 RU 2136600C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
electrodes
gas mixture
electrode system
gas
Prior art date
Application number
RU97121032A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Г. Боев
В.М. Муратов
П.Н. Поляков
Н.А. Яворовский
Original Assignee
Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете filed Critical Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority to RU97121032A priority Critical patent/RU2136600C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2136600C1 publication Critical patent/RU2136600C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

FIELD: preparation of water for drinking and service water supply systems, sewage purification, disinfection and activation of water. SUBSTANCE: reactor includes body which upper part has unit forming water and gas mixture, electrode system located under unit forming water and gas mixture and unit discharging water and gas mixture positioned under electrode system. Unit forming water and gas mixture includes aerator, ejector, branch pipes to feed and discharge air and gases. High-voltage pulse generator is connected to electrode system. Water is treated by barrier discharges with duration of positive and/or negative high-voltage pulses not more than 0.50,5•10-6 s and ratio of amplitude of pulse voltage to distance between electrodes within limits of ( 2-10 ) (2-10)•10-3 V/mm. High-voltage pulses are fed with definite frequency. EFFECT: increased efficiency of water treatment and reduced energy consumption. 10 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к процессам подготовки воды для питьевого и технического водоснабжения, очистки сточных вод, обеззараживания и активации воды. Изобретение может быть использовано для синтеза химических соединений, активации жидких и порошкообразных материалов, для очистки, обеззараживания и обработки различных поверхностей. The invention relates to processes for preparing water for drinking and industrial water supply, wastewater treatment, disinfection and activation of water. The invention can be used for the synthesis of chemical compounds, the activation of liquid and powder materials, for cleaning, disinfecting and treating various surfaces.

Известен способ очистки воды и устройство для его осуществления (патент РФ N 2004500, кл. С 02 F 1/46, В 03 С 5/00, опубл. 15.12.93, БИ N 45-46). Согласно этому способу воду обрабатывают высоковольтными импульсами напряжения при скорости нарастания напряжения не более 2•106 В/с и скорости спада напряжения не менее 2•104 В/с, при этом напряжение выбирают в пределах (7 - 30)•103 В. Устройство для очистки воды включает камеру для обрабатываемой жидкости, высоковольтный источник энергии, высоковольтные и заземленные электроды. Высоковольтные электроды выполнены с боковыми выступами, направленными в одну сторону. С целью повышения скорости очистки путем создания интенсивной циркуляции воды в устройстве заземленный электрод выполнен секционированным с направленными в одну сторону выступами на боковой поверхности каждой секции.A known method of water purification and a device for its implementation (RF patent N 2004500, class C 02 F 1/46, 03 C 5/00, publ. 15.12.93, BI N 45-46). According to this method, water is treated with high-voltage voltage pulses at a voltage rise rate of not more than 2 • 10 6 V / s and a voltage drop rate of at least 2 • 10 4 V / s, and the voltage is selected in the range (7 - 30) • 10 3 V The water purification device includes a chamber for the liquid to be treated, a high voltage energy source, high voltage and grounded electrodes. High voltage electrodes are made with lateral protrusions directed to one side. In order to increase the cleaning speed by creating an intensive circulation of water in the device, the grounded electrode is made partitioned with protrusions directed to one side on the side surface of each section.

Недостатками этого способа обработки воды являются высокие энергозатраты, связанные с большими потерями на джоулев нагрев при указанных временах воздействия импульсов напряжения, низкая частота следования импульсов 5 - 30 Гц, что снижает производительность обработки. Кроме того, обработке подвергается не вся вода, а только часть, прилегающая к каналу разряда, что снижает эффект обработки. The disadvantages of this method of water treatment are high energy costs associated with large losses in Joule heating at the indicated exposure times of voltage pulses, low pulse repetition rate of 5-30 Hz, which reduces the processing performance. In addition, not all water is exposed to the treatment, but only the part adjacent to the discharge channel, which reduces the treatment effect.

Недостатками устройства являются ограниченное число каналов разряда и, как следствие, обработке подвергается не вся вода, а только часть, прилегающая к каналам разряда, что снижает эффект обработки; низкий ресурс работы изоляции и электродов. The disadvantages of the device are the limited number of discharge channels and, as a result, not all water is exposed to processing, but only the part adjacent to the discharge channels, which reduces the processing effect; low life of insulation and electrodes.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемым решениям является способ и устройство, описанные в статье: Рязанов Н.Д., Миненков В.Р. "Исследование эффективности обеззараживания и очистки воды плазмой дуги переменного тока в водовоздушной смеси" в сб. "Очистка воды и стоков". Томск, 1994, с. 19-23. Этот способ включает обработку воды в водовоздушной среде высоковольтными электрическими разрядами. The closest in technical essence to the proposed solutions is the method and device described in the article: Ryazanov ND, Minenkov VR "A study of the effectiveness of disinfection and purification of water by plasma of an AC arc in a water-air mixture" in Sat. "Water and wastewater treatment". Tomsk, 1994, p. 19-23. This method includes treating water in a water-air medium with high voltage electric discharges.

Недостатками данного способа являются: образование контрагированных искровых каналов и, как следствие, высокие удельные энергозатраты на обработку воды, а также низкая производительность из-за недостаточно большой зоны обработки, окружающей канал разряда, т.к. обработке подвергается не вся вода, а только часть, прилегающая к каналу разряда. Еще одним недостатком этого способа является увеличение концентрации азотных соединений (нитратов, нитритов). The disadvantages of this method are: the formation of contracted spark channels and, as a result, the high specific energy consumption for water treatment, as well as low productivity due to the insufficiently large treatment zone surrounding the discharge channel, because not all water is exposed to processing, but only the part adjacent to the discharge channel. Another disadvantage of this method is the increase in the concentration of nitrogen compounds (nitrates, nitrites).

Известный реактор для обработки воды состоит из корпуса, электродной системы, патрубков подачи и вывода воды, патрубок ввода размещен на крышке корпуса, патрубок вывода - на его днище, в верхней части корпуса расположена горизонтальная перфорированная перегородка, предназначенная для диспергирования потока воды. A well-known water treatment reactor consists of a casing, an electrode system, water supply and outlet pipes, an input pipe is located on the housing cover, an output pipe is on its bottom, a horizontal perforated partition is located in the upper part of the body for dispersing the water flow.

Недостатком этого реактора является сложность устройства, высокие энергозатраты, низкий ресурс работы изоляции электродных систем и электродов. The disadvantage of this reactor is the complexity of the device, high energy consumption, low life of the insulation of electrode systems and electrodes.

Основной технической задачей, на решение которой направлены заявляемый способ и устройство, является улучшение качества получаемой воды за счет повышения эффективности обработки воды, позволяющей осветлять и очищать воду (до уровня требований ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая"), и снижение энергозатрат на процесс. Эффективность обработки воды электрическими разрядами определяется размерами зоны, занимаемой каналами электрических разрядов в сравнении с объемами обрабатываемой воды, интенсивностью ультрафиолетового излучения, концентрацией озона и других активных частиц, образующихся в разряде. При обработке воды разрядами по методу, предлагаемому в прототипе, вода подвергается воздействию искровых разрядов, возникающих между двумя металлическими электродами. Таких пар электродов может быть установлено несколько. Для расширения зоны, занимаемой разрядами, вода подается в межэлектродный промежуток в виде струй и капель, формируемых специальной перегородкой с отверстиями. В этом случае канал разряда разбивается на несколько частей, горящих в газовых зазорах между струями воды и вдоль струи в местах ее разрыва. И хотя такое решение позволяет существенно расширить зону, занимаемую разрядом, она все равно остается достаточно ограниченной. Поскольку вода остается жидкостью, хорошо проводящей электрический ток, и защитить изоляцию, расположенную в реакторе, от воздействия воды не представляется возможным, ресурс работы этой изоляции остается по-прежнему низким и сохраняются значительные потери энергии, связанные с утечками по воде и влажным поверхностям. Затраты электроэнергии на обработку воды в прототипе в лучшем случае составляют 0,12 кВт•ч/м3. В предлагаемом нами техническом решении параметры импульса электрической энергии, подводимого к электродной системе, выбраны так, что проводимость воды в этих условиях резко снижается, вода становится жидкостью, плохо проводящей электрический ток. Это приводит к тому, что снижаются потери, связанные с проводимостью воды, и резко увеличивается ресурс работы изоляции. В предлагаемой конструкции электродной системы возникает барьерный разряд, состоящий из множества микроразрядов, развивающихся на поверхности капель и струй воды. Разряд становится практически объемным. Причем обработке подвергается весь поток воды, каждая капля и каждый элемент любой струи. Это приводит к тому, что по сравнению с прототипом повышается эффективность обработки воды и более чем в 2 раза снижаются энергозатраты на обработку воды.The main technical problem to be solved by the claimed method and device is to improve the quality of the water obtained by increasing the efficiency of water treatment, which allows clarifying and purifying water (up to the requirements of GOST 2874-82 "Drinking water"), and reducing energy costs for the process. The efficiency of water treatment by electric discharges is determined by the size of the zone occupied by the channels of electric discharges in comparison with the volumes of treated water, the intensity of ultraviolet radiation, the concentration of ozone and other active particles formed in the discharge. When treating water with discharges according to the method proposed in the prototype, water is exposed to spark discharges arising between two metal electrodes. There can be several such pairs of electrodes. To expand the zone occupied by the discharges, water is supplied to the interelectrode gap in the form of jets and drops formed by a special partition with holes. In this case, the discharge channel is divided into several parts burning in the gas gaps between the water jets and along the jet at the points of its rupture. And although this solution allows you to significantly expand the zone occupied by the discharge, it still remains quite limited. Since water remains a liquid that conducts electric current well and it is not possible to protect the insulation located in the reactor from the effects of water, the life of this insulation remains low and significant energy losses associated with water and wet surfaces leakage are retained. The cost of electricity for water treatment in the prototype in the best case is 0.12 kW • h / m 3 . In our technical solution, the parameters of the pulse of electric energy supplied to the electrode system are selected so that the conductivity of water under these conditions decreases sharply, water becomes a liquid that does not conduct electric current well. This leads to the fact that losses associated with water conductivity are reduced, and the life of the insulation increases sharply. In the proposed design of the electrode system, a barrier discharge occurs, consisting of many microdischarges developing on the surface of droplets and jets of water. The discharge becomes almost voluminous. Moreover, the entire stream of water, each drop and each element of any stream is subjected to processing. This leads to the fact that compared with the prototype increases the efficiency of water treatment and more than 2 times reduced energy costs for water treatment.

Указанная техническая задача достигается тем, что в реакторе для обработки воды, включающем корпус, в верхней части которого размещен узел создания водогазовой смеси, электродную систему, расположенную под узлом создания водогазовой смеси, узел отвода водогазовой смеси, расположенный под электродной системой, а также патрубки для подвода и вывода воды, согласно изобретению электродная система выполнена в виде двух гребенок, электроды одной из них расположены на расстоянии 1-15 мм от электродов другой, причем электроды снабжены электрическими барьерами. The specified technical problem is achieved by the fact that in the reactor for water treatment, which includes a housing, in the upper part of which there is a unit for creating a water-gas mixture, an electrode system located under a unit for creating a gas-gas mixture, a unit for removing the gas-gas mixture located under the electrode system, and also nozzles for water inlet and outlet, according to the invention, the electrode system is made in the form of two combs, the electrodes of one of them are located at a distance of 1-15 mm from the electrodes of the other, and the electrodes are equipped with an electric Kimi barriers.

Целесообразно электрические барьеры выполнять из твердого электроизоляционного материала, например стекол, керамики или жидкости, например воды, масел. It is advisable to carry out electrical barriers from solid electrical insulating material, for example glasses, ceramics or liquids, for example water, oils.

Кроме того, толщина электрического барьера должна быть не более 0,5 от расстояния между электродами. In addition, the thickness of the electric barrier should be no more than 0.5 from the distance between the electrodes.

Электрический барьер целесообразно располагать от электрода на расстоянии не более 0,5S-d, где S - расстояние между электродами, мм, d - толщина электрического барьера, мм. It is advisable to place the electric barrier from the electrode at a distance of no more than 0.5S-d, where S is the distance between the electrodes, mm, d is the thickness of the electric barrier, mm.

Целесообразно выполнять электрические барьеры из кварцевых трубок, запаянных с одного конца и надетых на стержневые электроды. It is advisable to carry out electrical barriers from quartz tubes sealed at one end and worn on rod electrodes.

Целесообразно узел создания водогазовой смеси снабжать аэратором и (или) эжектором. It is advisable to provide the unit for creating a gas-water mixture with an aerator and (or) an ejector.

Целесообразно узел отвода водогазовой смеси снабжать эжектором. It is advisable to provide the outlet of the gas-water mixture with an ejector.

Целесообразно также электродные системы выполнять в виде двух гребенок, содержащих по крайней мере по одному электроду. It is also advisable to perform electrode systems in the form of two combs containing at least one electrode.

Также для достижения указанной технической задачи в способе обработки воды, включающем обработку водогазовой смеси электрическими разрядами, согласно изобретению обработку водогазовой смеси осуществляют барьерными разрядами при длительности положительного и (или) отрицательного импульса tи не более 0,5•10-6 с с крутизной фронта импульса не менее 109 В/с и отношением амплитуды напряжения импульса к расстоянию между электродами в пределах (2 - 10)•103 В/мм.Also, in order to achieve the indicated technical problem in a method of treating water, including treating a water-gas mixture with electric discharges, according to the invention, the processing of a water-gas mixture is carried out with barrier discharges with a duration of positive and (or) negative pulse t and not more than 0.5 • 10 -6 s with a steepness of the front a pulse of at least 10 9 V / s and the ratio of the amplitude of the voltage of the pulse to the distance between the electrodes in the range (2 - 10) • 10 3 V / mm.

Целесообразно импульсы высокого напряжения подавать с частотой не менее 50 имп./с, выбираемой из условия f≥50 v/h, где v - скорость потока водогазовой смеси в зоне расположения электродов, м/с, h - рабочая высота электродной системы, м. It is advisable to supply high voltage pulses with a frequency of at least 50 pulses / s, selected from the condition f≥50 v / h, where v is the flow rate of the water-gas mixture in the electrode location zone, m / s, h is the working height of the electrode system, m

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественные всем признакам заявленного реактора для обработки воды и способа обработки воды, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна". The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that there are no analogues that are characterized by sets of features that are identical to all the features of the claimed water treatment reactor and method of water treatment. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений преобразований на достижение технического результата. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototypes of each claimed invention have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of each of the claimed inventions on the achievement of a technical result is not known. Therefore, each of the claimed inventions meets the condition of patentability "inventive step".

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку и устройство и способ предназначены для очистки воды. Заявленные изобретения решают одну и ту же задачу - повышение эффективности обработки воды и снижение энергозатрат. In the present application for the grant of a patent, the requirement of unity of invention is met, since both the device and method are intended for water purification. The claimed inventions solve the same problem - increasing the efficiency of water treatment and reducing energy costs.

На фиг. 1 изображен реактор для обработки воды; на фиг. 2 - электродная система реактора. In FIG. 1 shows a water treatment reactor; in FIG. 2 - electrode system of the reactor.

Реактор состоит из корпуса 1, в верхней части которого размещен узел создания водогазовой смеси 2, электродной системы 3, расположенной под узлом создания водогазовой смеси 2 и узла отвода водогазовой смеси 4, размещенного под электродной системой 3. Узел создания водогазовой смеси 2 включает аэратор 5, эжектор 6, патрубки подвода воды 7 и отвода воздуха и газов 8. Аэратор 5 соединен с вентилятором 9. Узел отвода водогазовой смеси 4 включает камеру дореагирования 10, на выходе которой установлен эжектор 11 и выходной патрубок 12. К электродной системе 3 подключен генератор высоковольтных импульсов 13. The reactor consists of a housing 1, in the upper part of which there is a node for creating a gas-water mixture 2, an electrode system 3, located under a node for creating a gas-gas mixture 2 and a node for removing the gas-gas mixture 4, located under the electrode system 3. The node for creating the gas-gas mixture 2 includes an aerator 5, ejector 6, water inlet 7 and air and gas outlet pipes 8. The aerator 5 is connected to the fan 9. The water-gas mixture outlet 4 includes a after-reaction chamber 10, at the outlet of which an ejector 11 and an outlet pipe 12 are installed. To the electrode system 3 connected to a high-voltage pulse generator 13.

Реактор работает следующим образом. Обрабатываемая вода подводится к эжектору 6, распыляется на капли и смешивается с воздухом. Образовавшийся водовоздушный поток поступает в аэратор 5, где дополнительно смешивается с воздухом, подаваемым в аэратор 5 вентилятором 9. Вода стекает по решеткам аэратора сверху вниз, а воздух подается снизу вверх. Это обеспечивает лучшее перемешивание воды с кислородом воздуха. При этом окисляются легкоокисляемые примеси (например, частично окисляются Fe, Mn), происходит удаление сероводорода, углекислого газа, метана и других газов, улучшаются органолептические показатели воды. Подготовленный таким образом водовоздушный поток попадает в зону расположения электродов 3, где происходит его обработка электрическими разрядами с заданными параметрами. Питание на электроды подается от генератора высоковольтных импульсов 13. В зоне разрядов, на поверхности капель и струй, производится озон, ультрафиолетовое излучение, множество активных частиц. Все это способствует более глубокому окислению примесей, разложению некоторых органических соединений (фенол, метанол, ... ) до CO2 и воды, обеззараживанию воды. Полностью удаляются запахи, вода становится прозрачной и приобретает приятный вкус. Вода, обработанная электрическими разрядами, поступает в камеру дореагирования 10. Камера дореагирования аналогично аэратору 5 заполнена решетками (хордовыми насадками) для увеличения времени контакта и лучшего перемешивания воды с озоном. Железо, окисленное в системе аэрации, проходя через электродную систему 3, активируется и приобретает свойства высокоэффективного адсорбента, на котором сорбируются многие загрязнения. Впоследствии эти загрязнения вместе с железом легко улавливаются фильтром. Для дополнительного перемешивания воды с озоном, усиления коагуляции окисленных загрязнений на выходе из камеры дореагирования установлен эжектор 11. Далее обработанная описанным способом вода через выходной патрубок 12 поступает в систему фильтрации для осветления.The reactor operates as follows. The treated water is supplied to the ejector 6, sprayed into droplets and mixed with air. The resulting water-air flow enters the aerator 5, where it is additionally mixed with the air supplied to the aerator 5 by the fan 9. Water flows down the aerator gratings from top to bottom, and air is supplied from bottom to top. This provides the best mixing of water with oxygen. In this case, easily oxidized impurities are oxidized (for example, Fe, Mn are partially oxidized), hydrogen sulfide, carbon dioxide, methane and other gases are removed, and the organoleptic characteristics of water are improved. The thus prepared air-water stream enters the zone of location of the electrodes 3, where it is processed by electric discharges with the given parameters. Power is supplied to the electrodes from a high-voltage pulse generator 13. In the discharge zone, on the surface of droplets and jets, ozone, ultraviolet radiation, and many active particles are produced. All this contributes to a deeper oxidation of impurities, the decomposition of some organic compounds (phenol, methanol, ...) to CO 2 and water, and disinfection of water. Odor is completely removed, the water becomes clear and acquires a pleasant taste. Water treated with electric discharges enters the after-treatment chamber 10. Like the aerator 5, the after-treatment chamber is filled with gratings (chord nozzles) to increase the contact time and better mixing of water with ozone. Iron oxidized in the aeration system, passing through the electrode system 3, is activated and acquires the properties of a highly efficient adsorbent, on which many impurities are sorbed. Subsequently, these contaminants, together with iron, are easily captured by the filter. For additional mixing of water with ozone, enhancing coagulation of oxidized contaminants, an ejector 11 is installed at the outlet of the pre-reaction chamber. Next, the water treated in the described manner through the outlet pipe 12 enters the filtration system for clarification.

На фиг. 2 показан вариант устройства электродной системы 3. Электродная система выполнена из нескольких электродов 14, собранных в виде двух гребенок 15, 16. Электроды одной гребенки 15 соединены с генератором высоковольтных импульсов 13, а электроды другой 16 - заземлены. На электроды были надеты электроизоляционные барьеры 17 в виде трубок из кварцевого стекла. В гребенках электроды могут занимать горизонтальное или вертикальное положение и располагаться на одном (как на фиг. 2) или нескольких уровнях по вертикали. Расстояние между высоковольтными и заземленными электродами устанавливается в пределах 1-15 мм. При межэлектродных промежутках меньших 1 мм усложняется конструкция электродной системы, снижается надежность ее работы и падает производительность реактора. При промежутках более 15 мм требуются рабочие напряжения выше 50•103 В, что усложняет конструкцию электродной системы, снижается надежность работы оборудования. Кроме того, увеличивается толщина обрабатываемого слоя воды, что приводит к снижению эффективности обработки. Оптимальным является расстояние между электродами 4-10 мм. Электроды могут иметь раазличную форму. Опытным путем установлено, что наиболее эффективны цилиндрические и пластинчатые (плоские) электроды. Все электроды снабжены электрическими барьерами. Барьер представляет собой слой электроизоляционного материала определенной толщины d, нанесенный на поверхность электрода, либо расположенный на некотором расстоянии 1 от поверхности электрода. Толщина барьера определяет проходное сечение электродной системы, от которого зависит производительность реактора, и исходя из этих соображений толщина барьера должна быть минимальной. Однако надежность работы электродной системы требует обеспечения механической и электрической прочности барьера, что приводит к увеличению толщины барьера. В реальных условиях толщина барьера подбирается экспериментально, но в любом случае она будет меньше половины межэлектродного расстояния. Расстояние между барьером и электродом должно быть минимально возможным. Однако в любых условиях это расстояние должно быть меньше 0,5S-d, где S - межэлектродное расстояние, мм, d - толщина электрического барьера, мм.In FIG. 2 shows a variant of the arrangement of the electrode system 3. The electrode system is made of several electrodes 14 assembled in the form of two combs 15, 16. The electrodes of one comb 15 are connected to the high-voltage pulse generator 13, and the electrodes of the other 16 are grounded. The electrodes were equipped with electrical insulation barriers 17 in the form of quartz glass tubes. In the combs, the electrodes can occupy a horizontal or vertical position and be located at one (as in Fig. 2) or several levels vertically. The distance between the high voltage and grounded electrodes is set within 1-15 mm. When the interelectrode gaps are less than 1 mm, the design of the electrode system is complicated, the reliability of its operation decreases and the productivity of the reactor decreases. At gaps of more than 15 mm, operating voltages above 50 • 10 3 V are required, which complicates the design of the electrode system, and the reliability of the equipment is reduced. In addition, the thickness of the treated water layer increases, which leads to a decrease in the processing efficiency. The optimum distance between the electrodes is 4-10 mm. The electrodes may be of various shapes. It has been experimentally established that cylindrical and plate (flat) electrodes are most effective. All electrodes are equipped with electrical barriers. The barrier is a layer of insulating material of a certain thickness d, deposited on the surface of the electrode, or located at a certain distance 1 from the surface of the electrode. The thickness of the barrier determines the flow area of the electrode system, which determines the performance of the reactor, and based on these considerations, the thickness of the barrier should be minimal. However, the reliability of the electrode system requires ensuring the mechanical and electrical strength of the barrier, which leads to an increase in the thickness of the barrier. In real conditions, the thickness of the barrier is selected experimentally, but in any case, it will be less than half the interelectrode distance. The distance between the barrier and the electrode should be as small as possible. However, under any conditions, this distance should be less than 0.5S-d, where S is the interelectrode distance, mm, d is the thickness of the electric barrier, mm.

В реакторе для обработки воды по предлагаемому способу обрабатывали воду, содержащую различные загрязнения. Реактор имел габаритные размеры в поперечном сечении 400 х 500 мм. Высота реактора 3500 мм. Электродная система была изготовлена из нержавеющей проволоки диаметром 1,5 мм. Расстояние между электродами составляло 7 мм. На электроды были надеты электроизоляционные барьеры в виде трубок из кварцевого стекла. Наружный диаметр трубок 5 мм, толщина стенки 1,5 мм. Расстояние между барьером и электродом было в пределах 0 - 0,25 мм. Электроды располагались на двух уровнях по вертикали, в каждом уровне было установлено по 41 электроду. Высота электродной системы h равнялась 50 мм. Скорость движения воды в районе электродов около 1 м/с. Условия обработки были следующие. Обработке подвергали воду, содержащую кишечную палочку до концентраций 105 клеток/л, фенол в количестве 0,2 мг/л, трихлорэтилен в количестве 0,03 мг/л, марганец в количестве 0,25 мг/л, свинец в количестве 0,1 мг/л, медь в количестве 2,0 мг/л, алюминий в количестве 2,5 мг/л. На обработку подавалось 10 м3 воды в час. На электроды подавались импульсы напряжения с различной амплитудой, длительностью и частотой следования. При этом крутизна фронта импульса была не менее 109 В/с. При меньшей крутизне фронта импульса резко увеличиваются затраты электроэнергии, связанные с высокой проводимостью воды. При отношении амплитуды импульсного напряжения к расстоянию между электродами меньше 2•103 В/мм разряд между электродами не зажигается, и вода не обрабатывается. А при отношении амплитуды импульсного напряжения к расстоянию между электродами больше 10•103 В/мм усложняется устройство генератора и передающей линии. Снижается надежность работы оборудования и увеличивается энергопотребление.In the reactor for water treatment according to the proposed method, water containing various contaminants was treated. The reactor had overall dimensions in the cross section of 400 x 500 mm. The height of the reactor is 3500 mm. The electrode system was made of stainless steel with a diameter of 1.5 mm. The distance between the electrodes was 7 mm. Electrodes were worn with insulating barriers in the form of quartz glass tubes. The outer diameter of the tubes is 5 mm, the wall thickness is 1.5 mm. The distance between the barrier and the electrode was in the range 0 - 0.25 mm. The electrodes were located at two levels vertically, 41 electrodes were installed in each level. The height of the electrode system h was 50 mm. The velocity of water in the region of the electrodes is about 1 m / s. The processing conditions were as follows. The treatment was subjected to water containing E. coli to concentrations of 10 5 cells / L, phenol in an amount of 0.2 mg / L, trichlorethylene in an amount of 0.03 mg / L, manganese in an amount of 0.25 mg / L, lead in an amount of 0, 1 mg / l, copper in an amount of 2.0 mg / l, aluminum in an amount of 2.5 mg / l. For processing, 10 m 3 of water per hour was supplied. Voltage pulses with different amplitudes, durations and repetition rates were applied to the electrodes. In this case, the steepness of the pulse front was not less than 10 9 V / s. At a lower slope of the pulse front, the energy costs associated with high conductivity of water increase sharply. When the ratio of the amplitude of the pulse voltage to the distance between the electrodes is less than 2 • 10 3 V / mm, the discharge between the electrodes does not ignite, and the water is not treated. And when the ratio of the amplitude of the pulse voltage to the distance between the electrodes is more than 10 • 10 3 V / mm, the arrangement of the generator and the transmission line is complicated. The reliability of the equipment decreases and the energy consumption increases.

Обработанная вода подавалась на фильтр с песчано-гравийной загрузкой, где осветлялась. На анализы отбирались пробы обработанной воды после реактора и пробы осветленной воды после фильтра. Полученные данные приведены в табл. 1 и 2. The treated water was fed to a sand-gravel loading filter, where it was clarified. Samples of treated water after the reactor and samples of clarified water after the filter were taken for analysis. The data obtained are given in table. 1 and 2.

В табл. 1 приведены результаты, полученные при частоте следования высоковольтных импульсов, равной 1000 имп./с. Частота выбиралась из условия f ≥ 50 v/h, где v - скорость потока водогазовой смеси в районе расположения электродов, v = 1 м/с, h - высота электродной системы, h = 50 мм. Тогда f = 1000 имп./с. In the table. Figure 1 shows the results obtained at a high-frequency pulse repetition rate of 1000 pulses / s. The frequency was chosen from the condition f ≥ 50 v / h, where v is the flow rate of the water-gas mixture in the region of the electrodes, v = 1 m / s, h is the height of the electrode system, h = 50 mm. Then f = 1000 pulses / s.

Из табл. 1 видно, что при длительности высоковольтных импульсов не более 0,5•10-6 с энергозатраты на обработку воды уменьшаются и эффективность очистки воды по основным компонентам улучшается.From the table. Figure 1 shows that when the duration of high-voltage pulses is not more than 0.5 • 10 -6 s, the energy consumption for water treatment decreases and the efficiency of water treatment for the main components improves.

В табл. 2 приведены результаты по содержанию примесей (мг/л) в обработанной воде в зависимости от частоты следования импульсов при длительности импульсов tи = 0,2•10-6 с.In the table. 2 shows the results on the content of impurities (mg / l) in the treated water, depending on the pulse repetition rate at a pulse duration of t and = 0.2 • 10 -6 s.

Из табл. 2 следует, что содержание примесей в обработанной воде уменьшается при частоте следования импульсов не менее 50 имп./с. From the table. 2 it follows that the content of impurities in the treated water decreases at a pulse repetition rate of at least 50 imp./s.

Claims (10)

1. Реактор для обработки воды, включающий корпус, в верхней части которого размещен узел создания водогазовой смеси, электродную систему, расположенную под узлом создания водогазовой смеси, узел отвода водогазовой смеси, расположенный под электродной системой, а также патрубки для подвода и вывода воды, отличающийся тем, что электродная система выполнена в виде двух гребенок, электроды одной из них расположены на расстоянии 1 - 15 мм от электродов другой, причем электроды снабжены электрическими барьерами. 1. The reactor for water treatment, including a housing, in the upper part of which there is a node for creating a water-gas mixture, an electrode system located under the node for creating a gas-gas mixture, a node for removing the gas-gas mixture located under the electrode system, and also pipes for supplying and discharging water, characterized the fact that the electrode system is made in the form of two combs, the electrodes of one of them are located at a distance of 1-15 mm from the electrodes of the other, and the electrodes are equipped with electric barriers. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что электрические барьеры выполнены из твердого электроизоляционного материала, например керамики, стекол, или жидкости, например воды, масел. 2. The reactor according to claim 1, characterized in that the electrical barriers are made of solid electrical insulating material, such as ceramics, glasses, or liquids, such as water, oils. 3. Реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина электрического барьера составляет не более 0,5 расстояния между электродами. 3. The reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the electric barrier is not more than 0.5 distance between the electrodes. 4. Реактор по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что барьер расположен от электрода на расстоянии не более 0,5 s - d, где s - расстояние между электродами, мм, d - толщина электрического барьера, мм. 4. The reactor according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the barrier is located from the electrode at a distance of not more than 0.5 s - d, where s is the distance between the electrodes, mm, d is the thickness of the electric barrier, mm. 5. Реактор по пп. 1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что электрические барьеры выполнены в виде кварцевых трубок, запаянных с одного конца и надетых на стержневые электроды. 5. The reactor according to paragraphs. 1, 2, 3 or 4, characterized in that the electrical barriers are made in the form of quartz tubes sealed at one end and worn on rod electrodes. 6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что узел создания водогазовой смеси снабжен аэратором и (или) эжектором. 6. The reactor according to claim 1, characterized in that the node for creating a water-gas mixture is equipped with an aerator and (or) an ejector. 7. Реактор по п.1 или 6, отличающийся тем, что узел отвода водогазовой смеси снабжен эжектором. 7. The reactor according to claim 1 or 6, characterized in that the node for the removal of the water-gas mixture is equipped with an ejector. 8. Реактор по п.1, отличающийся тем, что электродные системы выполнены в виде двух гребенок, содержащих по крайней мере по одному электроду. 8. The reactor according to claim 1, characterized in that the electrode systems are made in the form of two combs containing at least one electrode. 9. Способ обработки воды, включающий обработку водогазовой смеси электрическими зарядами, отличающийся тем, что обработку водогазовой смеси осуществляют барьерными разрядами при длительности положительных и (или) отрицательных высоковольтных импульсов не более 0,5 • 10-6с с крутизной фронта импульса не менее 109 В/с и отношении амплитуды импульсного напряжения к расстоянию между электродами в пределах (2-10) • 103 В/мм.9. A method of treating water, comprising treating the gas-water mixture with electric charges, characterized in that the gas-gas mixture is treated with barrier discharges with a duration of positive and (or) negative high-voltage pulses of not more than 0.5 • 10 -6 s with a pulse edge slope of at least 10 9 V / s and the ratio of the amplitude of the pulse voltage to the distance between the electrodes in the range (2-10) • 10 3 V / mm. 10. Способ обработки воды по п.9, отличающийся тем, что импульсы высокого напряжения подают с частотой f не менее 50 имп/с, выбираемой из условия f ≥ 50 v/h, где v - скорость потока водогазовой смеси между электродами электродной системы, м/с, h - рабочая высота электродной системы, м. 10. The method of water treatment according to claim 9, characterized in that the high voltage pulses are supplied with a frequency f of at least 50 imp / s, selected from the condition f ≥ 50 v / h, where v is the flow rate of the gas-water mixture between the electrodes of the electrode system, m / s, h - working height of the electrode system, m
RU97121032A 1997-12-16 1997-12-16 Reactor and process of water purification RU2136600C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121032A RU2136600C1 (en) 1997-12-16 1997-12-16 Reactor and process of water purification

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121032A RU2136600C1 (en) 1997-12-16 1997-12-16 Reactor and process of water purification

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2136600C1 true RU2136600C1 (en) 1999-09-10

Family

ID=20200148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121032A RU2136600C1 (en) 1997-12-16 1997-12-16 Reactor and process of water purification

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2136600C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6802981B2 (en) 2002-11-05 2004-10-12 Aquapure Technologies Ltd. Method for purification and disinfection of water
WO2008127135A1 (en) 2007-04-11 2008-10-23 Olexandr Borisovich Zayika Method for treating water and aqueous solutions by means of a gas-discharge plasma and a device for carrying out said method
CN103496761A (en) * 2013-09-09 2014-01-08 河海大学常州校区 Plasma-supersonic wave combined water processing apparatus and process flow thereof
RU189390U1 (en) * 2019-01-30 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) PLASMA-GAS-CATALYTIC REACTOR FOR LIQUID TREATMENT
RU193888U1 (en) * 2019-06-06 2019-11-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Nonequilibrium plasma generator of water deferrization of water
RU2739259C1 (en) * 2020-04-15 2020-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Method of purifying acid mine water and mobile process complex for implementation thereof
RU204369U1 (en) * 2021-03-05 2021-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) Barrier Plasma Generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Рязанов Н.Д., Миненков В.Р. Исследование эффективности обеззараживания и очистки воды плазмой дуги переменного тока в водовоздушной смеси. Сборник "Очистка воды и стоков". - Томск, 1994, с. 19-23. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6802981B2 (en) 2002-11-05 2004-10-12 Aquapure Technologies Ltd. Method for purification and disinfection of water
WO2008127135A1 (en) 2007-04-11 2008-10-23 Olexandr Borisovich Zayika Method for treating water and aqueous solutions by means of a gas-discharge plasma and a device for carrying out said method
CN103496761A (en) * 2013-09-09 2014-01-08 河海大学常州校区 Plasma-supersonic wave combined water processing apparatus and process flow thereof
CN103496761B (en) * 2013-09-09 2015-12-23 河海大学常州校区 Plasma body and ultrasonic combined water treatment device and technical process thereof
RU189390U1 (en) * 2019-01-30 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) PLASMA-GAS-CATALYTIC REACTOR FOR LIQUID TREATMENT
RU193888U1 (en) * 2019-06-06 2019-11-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Nonequilibrium plasma generator of water deferrization of water
RU2739259C1 (en) * 2020-04-15 2020-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Method of purifying acid mine water and mobile process complex for implementation thereof
RU204369U1 (en) * 2021-03-05 2021-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) Barrier Plasma Generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6802981B2 (en) Method for purification and disinfection of water
JP5067802B2 (en) Plasma generating apparatus, radical generating method, and cleaning and purifying apparatus
US4351734A (en) Spark cell ozone generator
WO1997023285A1 (en) Method and device for treating an aqueous solution
US20080292497A1 (en) Apparatus and Method for Purification and Disinfection of Liquid, Solid or Gaseous Substances
JP2004268003A (en) Underwater discharge plasma method and liquid treatment apparatus
JP2000093967A (en) Method and apparatus for liquid treatment
KR102613173B1 (en) Systems and methods for treating fluids by sonoelectrochemistry
CN107673445A (en) A kind of method of literary formula trunnion discharge plasma processing waste water
RU2136600C1 (en) Reactor and process of water purification
EP0777629B1 (en) Method and apparatus for the purification of gases and liquids
Ghasemi et al. A review of pulsed power systems for degrading water pollutants ranging from microorganisms to organic compounds
WO1999047230A1 (en) Treatment of liquids
KR200186341Y1 (en) High density plasma device coupled with ultrasonic wave and high frequency pulse for waste water treatment
RU2357931C2 (en) Device for cold desalination, activation and treatment of water from any natural source
RU2372296C1 (en) Device for water purification and disinfection
RU2233244C1 (en) Reactor for treating liquids
JP2001058803A (en) Apparatus for generating ionized gas using high-voltage discharge
JP2000279977A (en) Fluid treatment and fluid treatment apparatus
RU2122526C1 (en) Gear for ozone treatment of water
KR20220087591A (en) electric water purification apparatus
SU1011545A1 (en) Method for decontaminating liquid
RU2164499C2 (en) Installation for treating water with electric current discharges
RU2253624C1 (en) A water treatment method and a device for its realization
RU2178774C2 (en) Device for water treatment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101217