[LT] Išradimas priklauso vandens, pramoninių ir buitinių nutekamųjų vandenų apdorojimo sričiai ir gali būti panaudotas nutekamųjų vandenų srauto apdorojimui impulsinėmis elektros iškrovomis. Impulsai charakterizuojami sudedamosiomis pagal įtampą dU/dt ne mažiau 3 109 V/s; pagal srovę - ne mažiau 1 109 A/s, esant impulso trukmei ne ilgiau 5 10-6 s. Reaktoriaus konstrukcijos ir apdorojimo būdo parametrai parenkami tokiu būdu, kad užtikrinti iškrovos specifinę energiją ne mažesnę 3 J/cm³.
[EN] The invention relates to treatment of water, waste water and sewage and can be used for treatment of waste water by electrical discharge pulses.@Pulses are characterized in components by voltage dU/dt not less than 3 10 9V/s, by current not less than 1 109 A/s, when a pulse is not longer than 5 106s. The parameters of the method and the reactor are selected so that the specific power of the discharge is not less 3 than J/cm³.
[0001] Išradimas priklauso vandens, taip pat pramoninių ir buitinių nutekamųjų vandenų apdorojimo sričiai, jame aprašomas nutekamųjų vandenų apdorojimo būdas ir įrenginys, panaudojant elektros ir/arba elektromagnetinius laukus. Išradimas gali būti panaudotas užterštų pramoninių, taip pat ir maisto pramonės, būtent, mėsos kombinatų, žuvų fabrikų ir t.t., žemės ūkio ir buitinių nuotekų valymui ir nukenksminimui, vandens paruošimui, jo panaudojimui technikoje ir geriamojo vandens paruošimui.
[0002] Žinomas geriamojo ir nutekamojo vandens valymo įrenginys (žiūr. TSRS a.l. 225799, pareikštas 1958 01 02, publ. 1983), kuriame bakterinės floros sunaikinimas pasiekiamas dėka slėgio, susidarančio dėl elektros iškrovų tarpelektrodinėje vandens erdvėje, atskirtoje elastine membrana nuo valomo vandens srauto. Šio įrenginio trūkumas toks, kad dirbant tirpsta elektrodai, ir, esant didelei energijai ( daugiau 10 J/cm3), taip pat vyksta izoliatoriaus irimas.
[0003] Žinomas nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo būdas (žiūr. LT paraišką 96-051 ir analogišką paraišką DE 19615620.3-41), pagal kurį krentanti vandenį apdoroja elektros iškrovomis, tiekiant elektrodams trumpus (ne ilgesnius 10 -10"6 s) elektros energijos impulsus 6 J/cm3 eilės, kurių dažnis 50-1000 Hz. Šis būdas ne visuomet užtikrina reikiamą rezultatą: kai yra didelis užterštumas smulkiadispersine suspensija arba dažais apdorojimo efektyvumas neužtikrinamas.
[0004] Artimiausias siūlomam yra nutekamųjų vandenų elektroplazminio valymo būdas ir įrenginys, kurie aprašyti PCT/RU 92/00006 (WO 92/12933) paraiškoje. Pagal šį būdą, prieš paduodant vandens srautą j reaktoriaus talpą, jį prisotina ozonu praturtintomis dujomis, kartu suteikiant vandens srautui sukamąjį turbulentinį judesį, ir po to, kai reaktoriaus talpa užpildoma, apdorojamo srauto paviršiuje vykdo elektroplazmines iškrovas, esant energijai ne mažesnei 3 kJ iškrovai ir dažniui 5 Hz. Atsirandantį iškrovos metu elektroplazminį lanką slenka vandens srauto paviršiumi besisukančio elektromagnetinio lauko pagalba.
[0005] Žinomas būdas yra realizuojamas jrenginyje, sudarytame iš cilindrinės talpos su vandens srauto padavimo ir išvedimo atvamzdžiais ir turinčiame prijungtus prie skirtingų maitinimo šaltinio polių centrinj elektrodą ir išorinj žiedinį elektrodą, sumontuotą ant talpos viršutinės briaunos. Ant išorinės viršutinės talpos dalies taip pat patalpinta išorinė žiedinė kišenė, kurioje yra žiedinė elektromagnetinė ritė, ir dangtis su atvamzdžiu degimo produktams pašalinti. Centrinis elektrodas turi disko pavidalo galvutę su užaštrinta briaunele, kuri panardinta į apdorojamo srauto paviršinį sluoksnį.
[0006] Nutekamųjų vandenų apdorojimo efektyvumas naudojant šį būdą nepakankamas dėl to, kad neįmanomi didelio slėgio impulsų koncentracija ir tolygus temperatūrinio lauko išdėstymas iškrovos zonoje srauto paviršiuje, ko pasekoje neužtikrinamas nukenksminimas ir alyvos bei riebalų išdegimas valymo proceso metu.
[0007] Kaip reaktoriaus konstrukcijos ypatumai ( dėl centrinio elektrodo galvutės ir jo izoliatoriaus kontakto su apdorojama terpe proceso metu jie apauga kietais valymo produktais, ir tai praktiškai sumažina darbo našumą dėl nenumatyto srovės nutekėjimo ir staigaus galingumo netekimo), taip ir elektros schema (naudojant valdomą iškrovėją komutaciniu jungikliu) sąlygoja žymų naudingumo koeficiento sumažėjimą (ne daugiau 50%), vertinant galingumą, ir tai, kad negalima sukurti trumpesnių kaip 10 fj.s impulsų be papildomo projektavimo.
[0008] Kai centrinio elektrodo galvutė yra disko formos, įvyksta vienetinė elektroplazminė iškrova atsitiktine kryptimi, ir, besisukant laukui, gali pasilikti neapdorotas segmentas. Be to, ritės, kurios diametras didesnis negu 1 m, panaudojimas besisukančio elektromagnetinio lauko sukūrimui yra techniškai sudėtingas ir ekonomiškai neracionalus. Fig. 1 vaizduojamas reaktoriaus talpos įrenginys, siūlomas šiame išradime.
[0009] Siūlomos nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo sistemos pagrindinis komponentas yra reaktorius, kurio įrenginys parodytas fig. 1. Reaktorius turi cilindrinę talpą (1), kuri pagaminta iš dielektrinės medžiagos; viršutinėje talpos dalyje koncentriškai patalpinta išorinė žiedinė kišenė (2), turinti atvamzdj (3) apdoroto srauto nuleidimui, ir dangti (4) su ventiliatoriumi (5) ir atvamzdžiu (6) dujinių degimo produktų pašalinimui, j šoninj reaktoriaus talpos paviršių, netoli jo pagrindo ir pagal liestinę sudaromajai įmontuotas atvamzdis (7), kuris skirtas paruošto valymui vandens tiekimui.
[0010] Reaktoriaus talpoje pagal jo ašį izoliuojančioje terpėje įmontuotos srovei laidžios šynos, sujungiančios aukštos įtampos darbo elektrodus (8) su srovės šaltiniu (9, fig.2) per energijos kaupiklius (10, fig.2). Darbo elektrodai (8) pakelti virš apdorojamo srauto paviršiaus, simetriškai išskleisti vienas kito atžvilgiu ir nukreipti nuo reaktoriaus ašies aštriu kampu j paviršių. Elektrodai sumontuoti taip, kad būtų galima reguliuoti atstumą iki apdorojamo srauto paviršiaus, pavyzdžiui, griebtuvinio laikiklio pagalba, ne mažesniame 2 mm lygyje aukščiau apdorojamo srauto paviršiaus plokštumos, palinkimo kampas vienodas visiems elektrodams. Pageidautina, kad darbo elektrodai būtų pagaminti iš inertinio ir atsparaus aukštoms temperatūroms metalo, pavyzdžiui, volframo.
[0011] Išorinės žiedinės kišenės (2) vidinės sienelės viršutinėje dalyje radialiai pritvirtinti ekvipotencialūs priešelektrodžiai (11), smaigaliais nukreipti į atitinkamus darbo elektrodus. Jie prijungti prie srovės šaltinio neigiamo poliaus. Priešelektrodžiai gali būti išstumti centro kryptimi nuo reaktoriaus sienelės, paliekant galimybę reguliuoti atstumą nuo centro horizontalioje plokštumoje. Jie išdėstyti virš valomo srauto paviršiaus jo neliečiant, pavyzdžiui, ne mažesniame 2 mm lygyje aukščiau apdorojamo srauto paviršiaus.
[0012] Valomo srauto apdorojamas tūris apribotas tarpelektrodinės erdvės segmentu, o iš apačios - plokščia atrama-membrana (12) iš elastinės medžiagos, pavyzdžiui, gumos, turinčios plokščio žiedo formą, kuris įtvirtintas nustatytame gylyje pagal reaktoriaus talpos vidinį perimetrą vidinėje korpuso dalyje. Atramos-membranos išdėstymo gylis atitinka tokj nutekamųjų vandenų srauto apdorojamo tūrio apribojimą, kuris užtikrina visišką bakterinės floros suardymą apdorojimo metu. Atramos-membranos žiedo kiaurymės centras turi bendrą ašį su reaktoriaus talpos ašimi už elektros iškrovų veikimo zonos ribų.
[0013] Reaktorius veikia ir valymo bei nukenksminimo būdas įgyvendinamas taip. Nutekamieji vandenys patenka j reaktorių per įėjimo atvamzdį (7) pagal liestinę jo sudaromajai ir užpildo reaktoriaus talpą (1) pagal Archimedo spiralę; nepriklausomai nuo to, ar srovė buvo laminarinė ar turbulentinė, reaktoriuje ji jgauna turbulentinio srauto pavidalą, užsisukant aplink reaktoriaus ašį.
[0014] Srovės šaltinis (9) pakrauna energijos kaupiklius (10), kiekvienas iš kurių prijungtas prie atskiros elektrodų poros. Energijos kaupiklis yra žemos įtampos įtakoje, pavyzdžiui, 3 kV prieš 50 kV, taip išvengiama srovės .nutekėjimo. Impulsų padavimo eiliškumas ir dažnis reguliuojamas taktiniu vedančiuoju generatoriumi (13). Vedančiojo generatoriaus dėka impulsai paskirstomi užduotu dažniu iš eilės pagal segmentus kiekvienai elektrodų porai, pavyzdžiui, dėka žiedinio registro (14) per silpnasrovius komutacinius jungiklius (neparodyti), kurie turi aukštą įtampą, pavyzdžiui, 100 kV.
[0015] Tarp elektrodų porų paeiliui valomo srauto paviršiuje vyksta iškrovos elektrodas-srautas-elektrodas. Specialaus silpnasrovių komutacinių jungiklių (strimer-jungiklių) pajungimo ir suskaldytos neprisotintos šerdies dėka užtikrinamas komutacijos laikas ne ilgesnis 310"6 s ir pasiekiamas impulsinis režimas, charakterizuojamas sudedamosiomis pagal jtampą dU/dt ne mažiau 3109 V/s; pagal srovę -1109 A/s eilės ir daugiau, impulso trukmei esant ne ilgiau 510"6 s. Vandens srauto paviršius apdorojamas iškrova apie 10 mm j gylj.
[0016] Srauto greitis, iškrovų dažnis, elektrodų porų skaičius parinkti specialiu būdu, norint užtikrinti iškrovos specifinę energiją ne mažesnę 3 J/cm3. Rastos reaktoriaus darbo našumo charakteristikos ir numatytos priklausomybės pateiktos lentelėje.
[0017] Vykstančių tarpelektrodinėje erdvėje iškrovų dėka gaunamas lokalinės temperatūros padidėjimas iki 15000°C ir vystosi smūginė banga iki 1000 M Pa. Tuomet išdega riebalai ir alyva ir suardoma bakterinė flora. Atramos-membranos elastingumas leidžia slėgiui pasiskirstyti už iškrovomis apdorojamo tūrio ribų, taip pat ir zonoje, esančioje po atrama-membrana. Akustiniai ir kavitaciniai procesai palengvina dujų pašalinimą visame apdorojamame tūryje. Dujiniai degimo produktai pašalinami per atvamzdį reaktoriaus dangtyje; trauka arba ventiliacija, kurie būtini valant labiau užterštas nuotekas, taip pat palegvina aktyvų susidariusių dūmų ir dujų pašalinimą. Atrama-membrana pasirodė pakankamai efektyvi sulaikant apdorojimo produktų pasklidimą reaktoriaus talpos viduje ir apdoroto tūrio susimaišymą su tiekiamu valymui srautu. Tuo pačiu laiku perteklinė smūgio bangos koncentracija gylyn j tūrj atramos-membranos dėka persiskirsto išilgai apdorojamų nutekamųjų vandenų paviršiaus. Vandens srauto apdorojamasis paviršinis sluoksnis pastoviai liejasi per reaktoriaus talpos kraštą ir pakliūna j išorinę žiedinę kišenę, iš kurios nukreipiamas, pavyzdžiui, j filtrą. Tokiu būdu, apdorojamasis tūris kiekviename tarpelektrodinės erdvės segmente talpos viršutinio krašto lygyje virš atramos-membranos pastoviai atnaujinamas bekylančiu iš apačios ir užsuktu tangentiškai nutekamųjų vandenų srautu. Čia iškrovos kryptis yra statmena srauto linijinio greičio sudedamajai.
[0018] Išradimas iliustruojamas konkrečiais pavyzdžiais, kurie neapriboja išradimo apimties.
[0019] Nutekamųjų vandenų, labai užterštų organiniais teršalais, valymas. Kiaulidžių komplekso pradiniai nutekamieji vandenys, praeidami mechaninius filtrus ir smėlio gaudytuvą, tiekiami į reaktorių per jėjimo atvamzdį pagal liestinę sudaromajai, ir srautas paverčiamas iš laminarinio j turbulentinį. Reaktoriaus parametrai ir apdorojimo režimas šiame pavyzdyje, esant reaktoriaus darbo našumui 20 m3/val (5400 cm3/s), sudaro:
[0020] Apdorojamas srautas patenka virš elastinės atramos, sudarydamas 5-10 mm gylio sluoksnj ir pakliūdamas j tarpelektrodinę erdvę. Tarpelektrodinėje erdvėje darbinį tūrj apdoroja iškrovomis elektrodas-srautas-elektrodas, esant aprašytam dažniui ir specifinei energijai 3 J/cm3 greičio režime dU/dt>3109 V/s; dl/dt>1'109 A/s, impulso trukmė xt < 5'IO^s. Elektrodų porų darbo eiliškumas ir suveikimo dažnis nustatomas taktiniu vedančiuoju generatoriumi ir sąlygojamas reaktoriaus našumu bei nuotekų charakteristikomis. Iškrovos kanale vystosi iki 15000°C temperatūra, slėgis darbiniame tūryje - iki 1000 MPa, dėka to darbiniame tūryje visiškai sunaikinama bakterinė flora, išdegami riebalai ir alyva. Darbo procese vyksta šie nuotekų charakteristikų pasikeitimai:
[0021] Pagal naudingų neorganinių medžiagų ir mikroelementų kiekį kiaulidžių komplekso nutekamieji vandenys, sunaikinus bakterinę florą ir fauną ir pakeitus apdorojimo pasekoje organoleptines savybes, gali buti vertinami kaip vertingos skystos trąšos, visiškai įsisavinamos augalų.
[0022] Buvo valomos buitinės nuotekos Gommerno mieste, Vokietijoje. Valymo metodika atitiko 1 pavyzdį, bet buvo naudojami geležiniai elektrodai, liečiantys apdorojamo srauto paviršių.
[0023] CHDS pakitimai buvo gauti įprastais budais.
[0024] Bandymo programą sudarė tūrio vienetui optimalaus ir pakankamo energijos kiekio, reikalingo suardyti bakterinę florą, nustatymas, srauto charakteristikoms ir greičio režimo sąlygoms esant kaip pavyzdyje 1. Kaip matyti iš 3 lentelės rezultatų, esant specifinei energijai 2,5 J/cm3 , stebimos likusios nesunaikintos bakterijos. Kai lyginamoji energija 3 J/cm3 ir impulso trukmė ne ilgiau 510"6 s, vyksta visiškas miesto nuotekų nukenksminimas. Svarbu pastebėti, kad kontaktinio režimo iškrova ir darbo režime neinertinių elektrodų panaudojimas gali sąlygoti BDS pasikeitimą į blogąją pusę. Kai yra bekontaktinis režimas ir panaudojami inertiniai elektrodai, BDS paprastai lygus nuliui.
[0025] Pagal 1 pavyzdžio metodiką buvo valomi kiaulidžių komplekso nutekamieji vandenys; naudojo įvairius elektrodus ir 1 J/cm3 specifinę iškrovos energiją.
[0026]
[0027] Pagal 1 pavyzdžio metodiką, panaudojant geležinius elektrodus, buvo valomos mėsos kombinato nuotekos, pasižyminčios dideliu riebalų kiekiu. Tokio kiekio riebalų pašalinimas jmanomas padidinant specifinę iškrovos energiją. Pateiktame pavyzdyje to buvo pasiekta sulėtinus srauto greitj ir padidinus iškrovų dažnj iki 500 Hz, bet nekeičiant konstrukcinių parametrų. Reaktoriaus našumas buvo sumažintas iki 10 m3/val.
[0028] (Padidinus lmax iki 2 kA, riebalai išdega visiškai ir esant reaktoriaus našumui 20 m3/val, bet toks režimas neracionalus, nuotekų apdorojimą lydi gausus dūmų išsiskyrimas.)
[0029]
[0030] Kaip rodo rezultatai, pateikti 5 lentelėje, apdorojimo efektyvumas priklauso nuo apdorojamų nuotekų tankio, klampumo ir suminės riebalų ir naftos produktų koncentracijos. Iš principo, pačias užterščiausias nuotekas galima valyti siūlomu būdu. Tačiau ekonomiškai apsimoka, kad optimali riebalų ir naftos produktų koncentracija neviršytų 100mg/l, tai pasiekiama panaudojus jprastus valomų nutekamųjų vandenų paruošimo metodus. Tuomet energijos nuostoliai neviršija 1 kW/m3.
[0031] Labai užterštų naftos produktais pramonės jmonių nutekamųjų vandenų valymas.
[0032] Buvo valoma pagal 1 pavyzdžio metodiką (dU/dt, dažnis, impulso trukmė pastovūs).
[0033] Iš 6 lentelės matyti, kad didinant srovę galima apdoroti labiau užterštas nuotekas, bet kartu užauga galingumas tūrio vienetui. Priklausomybė nelinijinė, artima logaritminei.
[0034] Tokiu būdu, nutekamųjų vandenų apdorojimas reaktoriuje siūlomu budu leidžia valyti efektyviau, sunaudojant mažiau energijos.
[0035] Naudingumo koeficientas siekia 0,95 ir daugiau, tuo tarpu, kai apdorojant krentantį srautą pagal LT paraišką 96-151 jis tesiekė tik 0,6; o pagal būdą, aprašytą PCT/RU/92/00006, dėl didelių srovės nutekėjimų ir būtino periodinio nusrovinimo elektrodų ir izoliatoriaus išvalymui, - tik 0,5.
[0036] Be valymo efektyvumo ir energijos taupymo, nutekamųjų vandenų valymas pagal šj išradimą yra patogus ir paprastas aptarnauti, be to, nedideli reaktoriaus gabaritai.
1. Nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo reaktorius, sudarytas iš cilindrinės talpos su išorine žiedine kišene, patalpinta viršutinėje talpos dalyje, apgaubta dangčiu, turintis prijungtus prie jvairių srovės šaltinio polių centrinius darbo ir išdėstytus pagal apskritimo perimetrą priešelektrodžius, besiskiriantis tuo, kad darbo elektrodai pakelti virš apdorojamo srauto paviršiaus, simetriškai išskleisti nuo talpos ašies ir nukreipti kampu į paviršių, priešelektrodžiai išdėstyti atitinkamai radialiai ir pakelti virš apdorojamo srauto paviršiaus, ir reaktorius aprūpintas atrama-membrana iš elastinės medžiagos, kuri pritvirtinta reaktoriaus talpos korpuso apskritimo perimetru.
2. Reaktorius pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad atrama-membrana iš elastinės medžiagos pagaminta plokščio žiedo pavidalo, kurio kiaurymės centras turi bendrą ašj su reaktoriaus talpos ašimi.
3. Reaktorius pagal 1 ir 2 punktus, besiskiriantis tuo, kad darbo elektrodai ir priešelektrodžiai sumontuoti taip, kad turi galimybę pasislinkti artinant juos vienas kito atžvilgiu.
4. Reaktorius pagal 1, 2 arba 3 punktus, besiskiriantis tuo, kad elektrodai pagaminti iš inertinio ir atsparaus aukštoms temperatūroms metalo, pavyzdžiui, volframo.
5. Nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo būdas, apimantis vandens srauto apdorojimą impulsinėmis elektros iškrovomis, panaudojant iškrovai energijos kaupiklius, besiskiriantis tuo, kad eiektros iškrovas vykdo paeiliui pagal apdorojamo srauto segmentus statmenai srauto linijinio greičio sudedamajai, ir energijos impulsus charakterizuoja sudedamosios pagal jtampą dU/dt ne mažiau 3109 V/s; pagal srovę - ne mažiau 1'109 A/s esant impulso trukmei ne ilgiau 510"6 s.
6. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad energijos kaupiklių kiekis yra daugiau negu vienas ir, geriausiai, atitinka elektrodų porų skaičių; energijos kaupikliams tiekia žemą jtampą, eliminuojant srovės nutekėjimą, o impulsų iškrovą užtikrina panaudojant silpnasrovius komutacinius jungiklius.
7. Būdas pagal 5 ir 6 punktus, besiskiriantis tuo, kad iškrovų dažnj, apdorojamo srauto padavimo greitį ir elektrodų porų kiekj parenka taip, kad užtikrintų iškrovos specifinės energijos dydį ne mažesnį 3 J/cm3.