[LT] Išradimas priklauso vandens taip pat pramoninių ir buitinių nutekamųjų vandenų apdorojimo sričiai. Jame aprašomas būdas pasižymi tuo, kad nutekamųjų vandenų srautas tuo pačiu metu veikiamas terminiu smūgiu, ozonu, ultragarsiniu ir ultravioletiniu spinduliavimu, taip pat lydinčiais faktoriais, atsirandančiais, kai nutekamųjų vandenų srautas apdorojamas trumpais ir galingais E, H laukų impulsais. Apdorojamo srauto konfigūracija ir sistemos parametrai parenkami taip, kad galima būtų veikti stipriu ultravioletiniu spinduliavimu, o taip pat oru, prisotintu iškrovos pasekoje atsirandančiu ozonu, kuris, savo ruožtu, aktyvuotas magnetiniu lauku, lydinčiais spinduliavimais ir radikalais, didinančiais jo nukenksminantį veikimą.
[EN] The invention relates to purification of industrial and waste water. A flow of waste water in the same time is attacked by a thermal shock, ozone, ultra-violet and ultra-sound radiation, and by collateral factors, then the flow of the waste water is attacked by short and powerful pulses of E,H fields. The configuration of the waste water and system parameters are choosen so that they can be attacked by powerful ultra-violet radiation and by air, which is saturated by ozone from discharge, activated by a magnetic field, collateral radiation and radicals increasing its positive action.
[0001] Išradimas priklauso vandens, taip pat pramoninių ir buitinių nutekamųjų vandenų apdorojimo sričiai, jame aprašomas nutekamųjų vandenų apdorojimo būdas, panaudojant magnetinius ir elektros laukus.
[0002] Žinomi ir šiandien aktualūs vandens apdorojimo būdai, panaudojant stacionarinius magnetinius laukus. Toks apdorojimas dažnai palankus geresniam geležies junginių ir kietumą sąlygojančių druskų koaguliavimui, bet neefektyvus prieš bakterinę florą.
[0003] Taip pat žinoma, kad srauto ozonavimas palengvina vandens valymą ir nukenksminimą, ir kai kuriose sistemose suderintai naudojama ozono inžekcija į apdorojamą vandenį (pvz., JAV patentas Nr 5190648).
[0004] Žinomas skysčių valymo būdas (žr. JAV patentą Nr 5130032), pagal šį būdą skystį pumpuoja į valymo kontūrą, suteikia skysčiui elektrostatinį krūvį ir įpučia ozoną, kurį prieš tai paveikia stacionariniu magnetiniu lauku. Po to skystį vėsina, grąžina į pirminę talpą, prideda aktyvatorių (vandenilio peroksidas ir natrio peroksidas) ir skystį švitina ultravioletiniais spinduliais.
[0005] Visos šio būdo operacijos tarnauja pageidaujamo rezultato pasiekimui. Tačiau visi sudarantys būdą etapai ištęsti laike ir erdvėje. Būtinybė tarp valymo etapų vėsinti skystį, taip pat pridėti aktyvatorių reikalauja sudėtingos technologijos ir įrangos.
[0006] Visi žinomi valymo būdai praktiškai neefektyvūs valant nutekamuosius vandenis, kuriuose randami maro, choleros nešėjai, kirminų kiaušinėliai.
[0007] Taip pat sukurtas vandens srauto valymo būdas (žr. paraišką PCT/RU92/00006) , kuriame naudojama horizontaliame dviejų terpių skyrimo paviršiuje - valomo vandens besiliejančio per rezervuaro kraštą "veidrodyje" koncentruoto tipo impulsinė elektros iškrova. Šis būdas pasirodė efektyvus, bet iškrovos veikimo zona nepakankamai plati ir valymo sistema pasirodė jautri apdorojamo vandens srauto sluoksnio storio svyravimams.
[0008] Šio išradimo tikslas - sukurti efektyvų nutekamųjų vandenų valymo būdą, naudojant elektros iškrovas.
[0009] Kitas išradimo tikslas - sukurti tokio kontūro srautą, kad apdorojimo krūviais zonoje būtų maži skysčio sluoksnio storio svyravimai.
[0010] Dar vienas išradimo tikslas - sudaryti galimybę viena ir ta pačia kompaktine schema apdoroti įvairios sudėties vandenis, pradedant sąlyginai švariais vandenimis ir baigiant smarkiai užterštais organiniais arba neorganiniais srautų teršalais.
[0011] Pagal šio išradimo būdą nutekamųjų vandenų srautas tuo pačiu metu veikiamas terminiu smūgiu, ozonu, ultragarsiniu ir ultravioletiniu spinduliavimais, o taip pat lydinčiais faktoriais, atsirandančiais dėl nutekamųjų vandenų srauto apdorojimo trumpais ir galingais E,H laukų impulsais. Be to, apdorojamo srauto konfigūracija ir sistemos parametrai parenkami tokiu būdu, kad būtų galima maksimaliai veikti intensyviu ultravioletiniu spinduliavimu, o taip pat oru, iškrovos metu prisotintu ozonu, kuris, savo ruožtu, suaktyvintas magnetiniu lauku, lydinčiu spinduliavimu ir radikalais, didinančiais jo nukenksminantį aktyvumą.
[0012] Būdo pagal šį išradimą įgyvendinimui, nutekamųjų vandenų srautą pirmiausia praleidžia per įprastus mechaninius filtrus ir per įrenginį, sulaikantį smulkias daleles;
[0013] - po to, plyšių formuotuvo dėka, formuoja nepertraukiamą uždarą krentantį nutekamųjų vandenų srautą; - reikiamos konfigūracijos ir reikiamo storio nutekamųjų vandenų srautą nukreipia į tarpelektrodinę reaktoriaus erdvę; - tarpelektrodinėje reaktoriaus erdvėje srautą apdoroja trumpais ir galingais E,H laukų impulsais, panaudojant potencinius ir ekvipotencinius elektrodus, išdėstytus keliuose lygiuose atitinkama tvarka. Savo smaigaliais elektrodai nukreipti krintančio srauto link, bet jo neliečia, be to, potenciniai elektrodai uždaro kontūro viduje išdėstyti taip, kad iškrovos vyktų statmenai srautui pagal jo kontūrą. Iškrovos nuo potencinių elektrodų į ekvipotencinius vyksta per valomo skysčio sluoksnį dažniu, atitinkančiu impulsų dažnį. Greitas energijos išsiskyrimas plazminės elektros iškrovos kanale sudaro sąlygas staigiam lokaliam temperatūros padidėjimui (iki 5000 -15000 °C), vadinamam termosmūgiui. Jo metu vyksta organinių medžiagų - alyvos, riebalų, naftos produktų, - degimas, bet nepastebėta vandens masės kaitimo;
[0014] iš reaktoriaus zonos apdorojamas srautas patenka į ežektorių; ten pat, srauto dėka, iš reaktoriaus zonos įsiurbiamas oras, prisotintas ozonu ir turintis iškrovų pasekoje atsiradusių peroksidų. Pageidautina naudoti priemones, padedančias pereiti nuo laminarinės tėkmės į turbulentinę (pvz., antiturbinas, suteikiančias srautui sukamąjį judesį)ir taip dar labiau padidinančias fazių atskyrimo paviršių ir valymo efektyvumą. Srautas laisvai prateka pro ežektorių ir patenka į įprastą reakcijos kamerą (kai ruošiamas geriamasis vanduo), arba į įprastą nusodintuvą (kai apdorojami nutekamieji vandenys). Vanduo nusodintuve laikomas ne mažiau 20 min.
[0015] Kai nutekamųjų vandenų srautas žinomais būdais yra veikiamas stacionariais E, H laukais, esant lauko stiprumui maždaug 250 mA/m, pasiekiamas "įsotinimo slenkstis", kai tolesnis lauko stiprumo didinimas beveik neturi įtakos valymo efektyvumui. Klasikinės valymo shemos (žr. Abramov "Vodopodgotovka" ir Žuk "Kanalizacija") suderinimas su ozonavimu taip pat turi ribotą efektyvumą.
[0016] Šaltos plazmos trumpų impulsinių iškrovų seka pagal šį išradimą sukuria ne paprastą stacionarių laukų superpoziciją (sanklotą), bet pastebimas sąryšinis stiprinantis efektas. Jo rezultate, sunaudojant nedaug energijos, pavyksta dešimtis kartų geriau išvalyti srautą. Be to, toks pats išvalymo lygis pasiekiamas dešimtis kartų greičiau (žr. 2-4 pavyzdžius). 1 lentelėje pateiktos nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo būdo pagal šį išradimą svarbiausios techninės charakteristikos.
[0017] Efektyviam valymui pagal šį išradimą svarbu ne tik užtikrinti 2500J energijos sukaupimą, bet ir ją iškrauti per kelias (ne daugiau 10) mikrosekundes. Kitaip sakant, energijos kaupiklis turi atitikti kritinės iškrovos sąlygą: talpumo ir induktyvumo sandauga [p.F»(j.H ] ne daugiau 3.
[0018] Tarpelektrodinėje reaktoriaus erdvėje sukurtas E-laukas turi būti nemažesnis 1000 V/cm. Šis išradimas realizuotas intervale, kai elektrinis lauko stiprumas E siekia 100000 V/cm, bet pastebėta, kad Coli-tipo mikroorganizmai žūdavo jau esant 2000 V/cm.
[0019] Srauto, apdorojamo tarpelektrodinėje reaktoriaus erdvėje, storis turi būti optimaliai skaidrus, kad galėtų būti paveiktas skvarbiu ultravioletiniu spinduliavimu.
[0020] Realizuojant šį išradimą ultravioletinio spektro intensyvumas, kaip matyti iš 1 lentelės, dešimtį kartų didesnis, negu gaunant tokį spektrą UV lempomis.
[0021] Be to, iškrovos parametrai apsprendžia ultravioletinio ir ultragarsinio spinduliavimo santykį, kad maksimaliai skvarbiu ultravioletiniu spinduliavimu būtų galima sunaikinti dideles bakterinės floros molekules. Nukenksminimo procesas tęsiasi prisotinto ozonu oro veikimo dėka ir po to, kai srautas išteka iš reaktoriaus.
[0022] Fig. 1 pavaizduotas scheminis lauko išklotinės fragmentas, kai elektrodų sistema išdėstyta keliais lygiais šachmatine tvarka (šachmatų laukas). Fig. 2 pavaizduotas reaktoriaus fragmentas, kai potenciniai ir ekvipotenciniai elektrodai išdėstyti trimis lygiais. Fig. 3 pavaizduota principinė apdorojimo ir nukenksminimo pagal siūlomą būdą schema.
[0023] Išradimas iliustruojamas konkrečiais nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo būdo pavyzdžiais. Pateikti pavyzdžiai neapriboja išradimo apimties.
[0024] Vandenų, smarkiai užterštų organiniais teršalais, valymas.
[0025] Iš kiaulių auginimo komplekso hidronupylimo sistemos per mechaninius filtrus ir smėlio gaudyklę nutekamųjų vandenų srautą (išeities parametrai: CHDS 20000 mg/l, bakterinė flora 1x10^2 vnt/ml, bendroji skenda 100 mg/ml) 2 m/sek greičiu paduoda į srauto formuotuvą (1). Šiame pavyzdyje naudojamas srauto formuotuvas, turintis vamzdžio su kvadratiniu pjūviu pavidalą, kuris išlenktas žiedu apskritimo formoje. Siekiant "užsukti" srautą, jis paduodamas į formuotuvą žiedo apskritimo liestinės kryptimi.
[0026] Išlenkto vamzdžio apačioje pagal visą apskritiminio žiedo perimetrą yra kalibruotas, pvz. 5 mm pločio,
[0027] plyšys. Pratekėdamas plyšį, formuojasi vientisas cilindro formos krentantis srautas, kurio spindulys atitinka srauto formuotuvo žiedo spindulį, o skysčio sluoksnio storis neviršija 5 mm (plyšio storio).
[0028] Srautas krenta į tarpelektrodinę reaktoriaus erdvę, suformuotą poromis potencinių ir ekvipotencinių elektrodų, išdėstytų trimis lygiais šachmatine tvarka.
[0029] Iš aukštos įtampos maitinimo šaltinio (2) per energijos kaupiklį (3) , dėka didelės elektros srovės energijos valdymo rakto (4) per srovės laidininką (5) į potencinius elektrodus, išdėstytus srauto viduje reaktoriaus zonoje (6), paduoda 500 000 kW galingumo ir 100 Hz dažnio (impulso laikas 5 (isek) impulsus. Per krintančio srauto storį nuo potencinių elektrodų į ekvipotencinius elektrodus vyksta iškrovų seka.
[0030] Srautas, apdorotas šalta plazma, per vandens nukreiptuvą patenka į ežektorių (7), sujungtą vamzdeliu su centrine reaktoriaus zonos dalimi (6). Veikiant vandens srautui, iš centrinės reaktoriaus dalies į ežektorių įsiurbiamas praturtintas ozonu oras ir susimaišo su apdorotu srautu.
[0031] Šiame pavyzdyje panaudojamas ežektorius, turintis antiturbiną, kuri sukuria pseudosuskystintos terpės turbulentinį srautą.
[0032] Apdorotas vanduo iš ežektoriaus patenka į radialinį nusodintuvą, kur laikomas bent jau 20 min. Paduodant vandenį ne didesniu kaip 20 mm/sek greičiu kietos dalelės nusėda nusodintuve.
[0033] Vandens temperatūra išėjime iš reaktoriaus zonos yra lygi vandens temperatūrai įėjime.
[0034] Energijos poreikis, kai valomi smarkiai užteršti nutekamieji kiaulių auginimo komplekso vandenys, yra 1 kW/m3.
[0035] Apdoroto vandens parametrai reaktoriaus išėjime: CHDS 300 mg/l, bakterinė flora 3 vnt/1, riebalai 1,5 mg/l, bendroji skenda 50 mg/l.
[0036] Abipusio stiprinančio efekto išaiškinimui buvo lyginami klasikinės schemos rezultatai su papildomu ozonavimu, tokio paties valymo su ozonavimu ir UV lempos švitinimu, ir valymo pagal šį išradimą.
[0037] Rezultatai pateikti 2 lentelėje. (Pavyzdys 2: ozonavimas; pavyzdys 3: ozonavimas + UV; pavyzdys 4: būdas pagal šį išradimą, kaip pavyzdyje 1).
[0038] Specialiai paruoštus modelinius pesticidų tirpalus apdorojo pagal 1 pavyzdžio metodiką, esant 100 mm/sek srauto greičiui. Apdorojimą atliko esant 100 J sukauptai energijai, bet iškrovų dažnį keitė nuo 50 iki 1000 Hz. Pesticidų koncentracija (mg/l) iki ir po valymo buvo nustatoma chromatografiškai ir pateikta 3 lentelėje.
[0039] 5 pavyzdys: metafosas, 10 mg/l; 6 pavyzdys: karbofosas, 50 mg/l; 7 pavyzdys: fosfamidas, 50 mg/l;
[0040]
[0041] Būdas pagal šį išradimą, be valymo efektyvumo, pasižymi šiais privalumais: - mažais gabaritais ( valymo sistemai pagal šį išradimą naudojamas 2-7 m^ plotas, kai darbo našumas 16-100 m- V vai ) ;energijos ekonomiškumu (energijos sunaudojimas nuo 0,35 kVI/m^, esant sąlyginai švariam vandeniui, iki ne daugiau 1 kW/m3, kai nutekamieji vandenys smarkiai užteršti, kaip kiaulių auginimo komplekso nuotekos); - paprastas aptarnavimas (valymas automatiniam režime).
1. Nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo būdas, veikiant nutekamųjų vandenų srautą elektros lauku, ozonavimu, ir ultragarsiniu ir ultravioletiniu spinduliavimais, besiskiriantis tuo, kad nutekamuosius vandenis praleidžia per srauto formuotuvą,suformuotą ištisą krentantį nustatyto pločio ir konfigūracijos srautą nukreipia į tarpelektrodinę reaktoriaus erdvę,apdorojimą reaktoriuje atlieka trumpais aukštos įtampos impulsais, tuo pačiu metu veikiant srautą E,H - lauku, skvarbiu ultravioletiniu ir ultragarsiniu spinduliavimu, o taip pat veikiant aktyvuotu ozonu, spontaniškai atsirandančių iškrovos metu aukštos įtampos trumpų impulsų, ir- apdorotą reaktoriuje srautą nukreipia į ežektorių, kur papildomai jį veikia praturtintu ozonu oru.
- apdorotą reaktoriuje srautą nukreipia į ežektorių, kur papildomai jį veikia praturtintu ozonu oru.2. Būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad naudoja uždaro kontūro plyšio formos srauto formuotuvą.
3. Būdas pagal 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad plyšio kontūras sudaro apskritimą, o plyšio plotis yra 3-5 mm.
4. Būdas pagal 1-3 punktus, besiskiriantis tuo, kad tarpelektrodinę reaktoriaus erdvę sukuria potencinių - ekvipotencinių elektrodų porų dėka, juos išdėstant keliais lygiais šachmatine tvarka ir orientuojant juos į srovės pusę, be to, potencinius elektrodus talpina srauto kontūro viduje.
5. Būdas pagal 1-4 punktus, besiskiriantis tuo, kad apdorojimą reaktoriuje vykdo į potencinius elektrodus paduodant energijos impulsus, kurių energijos tankis ne mažesnis 10 kJ/cm^, trukmė ne ilgiau 10 jasek ir dažnis 50-1000 Hz.
6. Būdas pagal 1-5 punktus, besiskiriantis tuo, kad reaktoriuje sukuria elektros lauką, kurio įtampa ne žemesnė 1000 V/cm, o iškrova lydima skvarbiu ultravioletiniu spinduliavimu, kai ultravioletinės energijos tankis 3,5 - 7,0 kJ/cm^, ir ultragarsiniais reiškiniais.
7. Būdas pagal 1-6 punktus, besiskiriantis tuo,kad iškrovą vykdo remiantis kritinės iškrovos sąlyga, kur talpumo ir induktyvumo sandauga ne didesnė 3 .
8. Būdas pagal 1-7 punktus, besiskiriantis tuo, kad ežektoriuje srautą iš laminarinio keičia į turbulentinį, o praturtintą ozonu orą tiekia iš reaktoriaus zonos.