RU86941U1

RU86941U1 - PLASMA-BIOCHEMICAL REACTOR

Info

Publication number: RU86941U1
Application number: RU2009121720/22U
Authority: RU
Inventors: Василий Юрьевич Великодный; Владимир Васильевич Попов; Александр Андреевич Быков
Original assignee: Василий Юрьевич Великодный
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2009-09-20

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к экологии, к локальным очистным установкам, и может быть использована для экономичного обеззараживания сточных вод технического и бытового характера, содержащих токсические химические отходы высокой и низкой концентрации, а также содержащих микроорганизмы, в том числе и высоко стойкие. Плазменно-биохимический реактор, содержащий плазменный реактор, состоящий из нескольких плазменных ячеек, соединенных последовательно или параллельно, или одной плазменной ячейки для создания электрического разряда, состоящей из диэлектрического герметичного корпуса, содержащего два узла, соединенных последовательно, в нижней части корпуса плазменной ячейки имеется узел предварительной активации воды, содержащий камеру смешения, в нижней части которой расположена пористая мембрана-диспергатор для подачи воздуха или кислорода, в камере смешения сверху над поверхностью мембраны-диспергатора расположена трубка для подачи загрязненной воды под напором на поверхность мембраны для создания пузырьковой дисперсной среды и снижения размера пузырьков, образующихся на поверхности мембраны-диспергатора, путем их смывания, арматура для подачи загрязненной воды и воздуха, в верхней части плазменной ячейки установлен узел плазменной обработки загрязненной жидкости, на его корпусе имеются торцовые верхняя и нижняя крышки с герметизирующими прокладками, при этом в верхней крышке установлен колпак с сальником для крепления электрода и обеспечения возможности его перемещения в вертикальном направлении, выполненного в виде стержня, на колпаке имеется выводящее устройство для выпуска очищенной воды, в нижней крышке расположено отверстие для установки трубки переходника для соединения узла предварительной активации воды и узла плазменной обработки в плазменной ячейке, внутри трубки переходника установлен дроссель для регулировки расхода газодисперсной смеси, образующейся в камере смешения, расположенной в узле предварительной активации воды, и ее ускорения и турбулизации для дальнейшего снижения размеров пузырьков путем их дробления и увеличения площади поверхности раздела фаз жидкость - газ при проведении предварительной обработки загрязненной химическими составами или биологическими организмами и примесями воды в плазменном реакторе, плазменно-биохимический реактор также содержит блок электропитания переменного или постоянного тока, систему подачи воздуха, блок подачи загрязненной воды, плазменный реактор в виде емкости, содержащей барботажное устройство для создания микропузырьков газа в загрязненной жидкости, регулирующего расход крана, в узле плазменной обработки на внутреннем электроде имеется одна или более шайб, внешняя форма которых имеет одну или более острых кромок, обеспечивающих поджиг разряда при более низких напряжениях и снижение эрозии электродов, дополнительно для дробления пузырьков на нижней крышке верхней части плазменной ячейки за дросселем расположен ударноволновой генератор, а внешний электрод, расположенный в верхней части плазменной ячейки, состоит из двух частей, нижняя часть представляет собой электропроводящее кольцо, внутренний диаметр которого превышает диаметр шайб, расположенных на конце внутреннего электрода, верхняя часть внешнего электрода представляет собой перфорированный электропроводный цилиндр, для снижения энергетических затрат дополнительно установлены блок химической обработки и блок фильтрации гелей и золей. The proposed utility model relates to ecology, to local treatment plants, and can be used for the economic disinfection of industrial and domestic wastewater containing toxic chemical wastes of high and low concentration, as well as containing microorganisms, including highly resistant ones. A plasma-biochemical reactor containing a plasma reactor consisting of several plasma cells connected in series or in parallel, or one plasma cell to create an electric discharge, consisting of a dielectric sealed enclosure containing two nodes connected in series, in the lower part of the plasma cell body there is a node preliminary activation of water containing a mixing chamber, in the lower part of which there is a porous dispersing membrane for supplying air or oxygen to as it mixes above the surface of the dispersant membrane, there is a tube for supplying contaminated water under pressure to the membrane surface to create a bubble dispersed medium and reduce the size of the bubbles formed on the surface of the dispersant membrane by rinsing them, fittings for supplying contaminated water and air in the upper of the plasma cell part, a plasma processing unit for the contaminated liquid is installed; on its body there are end upper and lower covers with sealing gaskets, while in the upper A cap with an oil seal is mounted on the tower for fastening the electrode and making it possible to move it in the vertical direction, made in the form of a rod, on the cap there is an output device for the release of purified water, in the lower cover there is an opening for installing an adapter tube for connecting the water pre-activation unit and the plasma unit processing in the plasma cell, a throttle is installed inside the adapter tube to adjust the flow rate of the gas-dispersed mixture formed in the mixing chamber located the site of preliminary activation of water, and its acceleration and turbulization to further reduce the size of the bubbles by crushing them and increasing the surface area of the liquid-gas interface during pretreatment of water contaminated with chemical compounds or biological organisms and impurities in a plasma reactor, the plasma-biochemical reactor also contains AC or DC power supply unit, air supply system, contaminated water supply unit, a plasma reactor in the form of a container, containing A bubbler device for creating gas microbubbles in a contaminated liquid that regulates the flow rate of a tap, there is one or more washers in the plasma processing unit on the internal electrode, the external shape of which has one or more sharp edges, which provide ignition of the discharge at lower voltages and reduce erosion of the electrodes, additionally, for crushing bubbles on the lower cover of the upper part of the plasma cell, a shock-wave generator is located behind the throttle, and an external electrode located in the upper part of the plasma cell, consists of two parts, the lower part is an electrically conductive ring whose inner diameter exceeds the diameter of the washers located at the end of the inner electrode, the upper part of the outer electrode is a perforated electrically conductive cylinder, a chemical processing unit and a gel filtration unit are additionally installed to reduce energy costs and sols.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к экологической технике, в частности, к локальным очистным установкам, и может быть использована для экономичного обеззараживания сточных вод промышленного, технического и бытового характера, содержащих высокостойкие токсические химические отходы, содержащие микроорганизмы, или загрязнения химического и биологического характера, содержащихся в воде одновременно.The proposed utility model relates to environmental engineering, in particular, to local treatment plants, and can be used for economical disinfection of industrial, technical and domestic wastewater containing highly resistant toxic chemical wastes containing microorganisms, or chemical and biological pollution contained in water at the same time.

Известен способ и установка биохимической очистки сточных вод от фенола (Патент РФ №2188164 от 2000.11.03 г. C02F 3/02 опубликовано 2002.08.27) с достаточно высоким содержанием высокотоксичного органического вещества фенола, однако не выше 3 г/литр, с использованием перекиси водорода и активного ила с непрерывным процессом обеззараживания. К недостаткам следует отнести то, что при обработке загрязненной воды с более высокой концентрацией органических отходов необходимо разбавление воды до приемлемого уровня 3 г/литр, что приведет к либо значительному увеличению массогабаритных характеристик установки и дополнительному расходу чистой воды либо к значительному увеличению расхода ценных химических веществ; данная установка может применяться для обеззараживания сточных вод, содержащих только ограниченный круг веществ - фенол и его производные; при содержании наряду с фенолом токсических веществ, угнетающих данный вид микроорганизмов, возможно снижение производительности реактора или необходимо применять другие реактивы, чтобы снизить концентрацию этих веществ.A known method and installation of biochemical wastewater treatment from phenol (RF Patent No. 2188164 from 2000.11.03, C02F 3/02 published 2002.08.27) with a sufficiently high content of highly toxic organic phenol, but not higher than 3 g / liter, using peroxide hydrogen and activated sludge with a continuous disinfection process. The disadvantages include the fact that when treating contaminated water with a higher concentration of organic waste, it is necessary to dilute the water to an acceptable level of 3 g / liter, which will lead to either a significant increase in the weight and size characteristics of the installation and additional consumption of clean water or to a significant increase in the flow of valuable chemicals ; this installation can be used for disinfection of wastewater containing only a limited range of substances - phenol and its derivatives; when along with phenol contains toxic substances that inhibit this type of microorganism, it is possible to reduce the productivity of the reactor or it is necessary to use other reagents to reduce the concentration of these substances.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является патент на полезную модель: “Плазменно-биологический реактор” (Патент на полезную модель РФ №79551, от 26 августа 2008 г., опубликовано 10 января 2009 г., прототип).Closest to the proposed utility model is a patent for a utility model: “Plasma-biological reactor” (Patent for utility model of the Russian Federation No. 79551, dated August 26, 2008, published January 10, 2009, prototype).

Недостатком этого устройства является наличие поджигающего электрода в виде тонкого стержня, что приводит к его быстрому износу и необходимости частой его замены, отсутствие блоков механической фильтрации и блока химической обработки ведет к неоправданно высоким энергетическим затратам при обработке вод, содержащих неорганические примеси.The disadvantage of this device is the presence of a firing electrode in the form of a thin rod, which leads to its rapid wear and the need for frequent replacement, the absence of mechanical filtration units and a chemical treatment unit leads to unreasonably high energy costs when treating water containing inorganic impurities.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу экономичного стимулированного плазмой сжигания или обеззараживания токсических органических и неорганических отходов химических производств и других производств, сельскохозяйственных отходов, растворенных в воде, с последующим фильтрованием золей, гелей, устранения остатков неорганических химических отходов в блоке химической обработки, доокисления оставшихся жидких органических отходов до уровня предельно допустимой концентрации, в блоке биологической обработки при одновременном снижении массогабаритных характеристик и затрат электрической энергии, имеющихся в аналоге и прототипе, уничтожения микрофауны и микрофлоры, в том числе и высокостойкой.The proposed utility model solves the technical problem of economical plasma-stimulated burning or decontamination of toxic organic and inorganic wastes from chemical industries and other industries, agricultural wastes dissolved in water, followed by filtering of sols, gels, eliminating residues of inorganic chemical wastes in the chemical treatment unit, further oxidizing the remaining liquid organic waste to the level of maximum permissible concentration in the biological treatment unit at the same Yemen reducing the weight and size characteristics and power costs, available in analogue and prototype destruction microfauna and microflora, including highly durable.

Поставленная техническая задача решается тем, что в плазменно-биохимическом реакторе, содержащем плазменный реактор, состоящий из нескольких плазменных ячеек, соединенных последовательно или параллельно, или одной плазменной ячейки для создания электрического разряда, состоящей из диэлектрического герметичного корпуса, содержащего два узла, соединенных последовательно, в нижней части корпуса плазменной ячейки имеется узел предварительной активации воды, содержащий камеру смешения, в нижней части которой расположена пористая мембрана-диспергатор для подачи воздуха или кислорода, в камере смешения сверху над поверхностью мембраны-диспергатора расположена трубка для подачи загрязненной воды под напором на поверхность мембраны для создания пузырьковой дисперсной среды и снижения размера пузырьков, образующихся на поверхности мембраны-диспергатора, путем их смывания, арматура для подачи загрязненной воды и воздуха, в верхней части плазменной ячейки установлен узел плазменной обработки загрязненной жидкости, на его корпусе имеются торцовые верхняя и нижняя крышки с герметизирующими прокладками, при этом в верхней крышке установлен колпак с сальником для крепления электрода и обеспечения возможности его перемещения в вертикальном направлении, выполненного в виде стержня, на колпаке имеется выводящее устройство для выпуска очищенной воды, в нижней крышке расположено отверстие для установки трубки переходника для соединения узла предварительной активации воды и узла плазменной обработки в плазменной ячейке, внутри трубки переходника установлен дроссель для регулировки расхода газодисперсной смеси, образующейся в камере смешения, расположенной в узле предварительной активации воды, и ее ускорения и турбулизации для дальнейшего снижения размеров пузырьков путем их дробления и увеличения площади поверхности раздела фаз жидкость - газ при проведении предварительной обработки загрязненной химическими составами или биологическими организмами и примесями воды в плазменном реакторе, плазменно-биохимический реактор также содержит блок электропитания переменного или постоянного тока, систему подачи воздуха, блок подачи загрязненной воды, плазменный реактор в виде емкости, содержащей барботажное устройство для создания микропузырьков газа в загрязненной жидкости, регулирующего расход крана, в узле плазменной обработки на внутреннем электроде имеется одна или более шайб, внешняя форма которых имеет одну или более острых кромок, обеспечивающих поджиг разряда при более низких напряжениях и снижение эрозии электродов, дополнительно для дробления пузырьков на нижней крышке верхней части плазменной ячейки за дросселем расположен ударноволновой генератор, а внешний электрод, расположенный в верхней части плазменной ячейки, состоит из двух частей, нижняя часть представляет собой электропроводящее кольцо, внутренний диаметр которого превышает диаметр шайб, расположенных на конце внутреннего электрода, верхняя часть внешнего электрода представляет собой перфорированный электропроводный цилиндр, для снижения энергетических затрат дополнительно установлены блок химической обработки и блок фильтрации гелей и золей.The stated technical problem is solved in that in a plasma-biochemical reactor containing a plasma reactor consisting of several plasma cells connected in series or in parallel, or one plasma cell to create an electric discharge consisting of a dielectric sealed enclosure containing two nodes connected in series, in the lower part of the plasma cell housing there is a site for preliminary activation of water containing a mixing chamber, in the lower part of which there is a porous membrane a dispersant for supplying air or oxygen, in the mixing chamber above the surface of the dispersant membrane there is a tube for supplying contaminated water under pressure to the membrane surface to create a bubble dispersed medium and reduce the size of the bubbles formed on the surface of the dispersant membrane by rinsing them, fittings for supplying contaminated water and air, a plasma processing unit for the contaminated liquid is installed in the upper part of the plasma cell; there are end and top covers on its body with sealing gaskets, while in the upper cover there is a cap with an oil seal for fastening the electrode and making it possible to move it in the vertical direction, made in the form of a rod, on the cap there is an outlet device for the release of purified water, in the lower cover there is an opening for installing an adapter tube for the connection of the site of preliminary activation of water and the site of plasma processing in the plasma cell, a throttle is installed inside the adapter tube to adjust the flow rate of gas of the mixture formed in the mixing chamber located in the site of preliminary activation of water and its acceleration and turbulization to further reduce the size of the bubbles by crushing them and increasing the surface area of the liquid-gas interface during the preliminary treatment of water contaminated with chemical compounds or biological organisms and impurities in plasma reactor, plasma biochemical reactor also contains an AC or DC power supply unit, an air supply system, a pollution supply unit of water, a plasma reactor in the form of a container containing a bubbler device for creating microbubbles of gas in a contaminated liquid that regulates the flow rate of the tap, in the plasma processing unit on the internal electrode there is one or more washers, the external shape of which has one or more sharp edges, providing ignition of the discharge at lower voltages and reduced erosion of the electrodes, in addition to crushing bubbles on the lower cover of the upper part of the plasma cell, a shock-wave generator is located behind the inductor, and the external The second electrode located in the upper part of the plasma cell consists of two parts, the lower part is an electrically conductive ring, the inner diameter of which exceeds the diameter of the washers located at the end of the inner electrode, the upper part of the outer electrode is a perforated electrically conductive cylinder, to further reduce energy costs a chemical processing unit and a gel and sol filtration unit are installed.

По сравнению с устройствами, реализующими электрический разряд - плазму в воде и электролитах или устройствах биохимической обработки сточных вод, предлагаемая установка плазменно-биохимический реактор обладает улучшенными экономическими показателями.Compared with devices that realize an electric discharge - plasma in water and electrolytes or devices for biochemical wastewater treatment, the proposed installation of a plasma-biochemical reactor has improved economic performance.

Факторами, определяющими высокую экономическую эффективность работы данной установки являются большая удельная поверхность на разделе фаз газ - обрабатываемая жидкость в микропузырьковой среде, так как разряд происходит на поверхности раздела фаз, что позволяет снизить массо-габаритные характеристики плазменной ячейки, осуществлять обработку загрязнений за один проход, и поэтому снизить энергетические и капитальные затраты на обработку заданного объема загрязнений до приемлемого уровня, возможность при необходимости создания высокой объемной концентрации газовой фазы в микропузырьковом режиме течения вплоть до 99% для воды с высоким содержанием органики и осуществление стимулированного плазмой горения органических отходов ведет к значительному сокращению первоначальных затрат электроэнергии и открывает перспективу использования жидких отходов как источника дешевой тепловой энергии для отопления производственных помещений.The factors that determine the high economic efficiency of this installation are the large specific surface at the gas-phase interface in the microbubble medium, since the discharge occurs at the phase interface, which reduces the mass-dimensional characteristics of the plasma cell and processes the contaminants in one pass, and therefore, reduce energy and capital costs for processing a given amount of pollution to an acceptable level, the possibility, if necessary, to create high a high volume concentration of the gas phase in the microbubble flow regime up to 99% for water with a high content of organics and the implementation of plasma-stimulated organic waste burning leads to a significant reduction in the initial energy costs and opens up the prospect of using liquid waste as a source of cheap thermal energy for heating industrial premises.

Кроме того, наличие в установке дополнительно блоков фильтрации гелей и золей, блока химической обработки остатков неорганических отходов, блока для биологической доочистки до уровня предельно допустимой концентрации органических химических отходов позволяет также дополнительно существенно в 2-3 раза снизить затраты электроэнергии на проведение процесса обеззараживания сточных вод, так как энергоемкость плазменных процессов обеззараживания воды при снижении уровня концентрации вредных веществ воде возрастает. Следует отметить, что эффективность фильтрации, химической обработки, биологических методов очистки при относительно невысоком содержании вредных примесей высока, а процессы материально и энерго мало затратные.In addition, the presence in the installation of additional gel and sol filtration units, a unit for chemical treatment of inorganic waste residues, a unit for biological treatment to the level of maximum permissible concentration of organic chemical wastes can also additionally significantly reduce the cost of electricity for the wastewater disinfection process , since the energy intensity of plasma processes of water disinfection with a decrease in the level of concentration of harmful substances in water increases. It should be noted that the efficiency of filtration, chemical treatment, biological treatment methods with a relatively low content of harmful impurities is high, and the material and energy processes are low cost.

Наличие в установке узлов плазменной очистки, узла фильтрации и узлов биохимической доочистки позволяет значительно снизить массо-габаритные размеры установки при высоком содержании вредных органических примесей в воде, так как при биохимических методах обработки при превышении некоторого уровня загрязнений необходимо либо разбавление исходной жидкости чистой водой до приемлемого уровня загрязнений для начала возможности нормальной жизнедеятельности бактерий либо значительное увеличение расхода ценных химических реагентов.The presence of plasma purification units, a filtration unit and biochemical after-treatment units in the installation can significantly reduce the overall dimensions of the installation with a high content of harmful organic impurities in water, since with biochemical processing methods, if a certain level of pollution is exceeded, it is necessary to dilute the initial liquid with clean water to an acceptable pollution levels to begin the possibility of normal bacterial activity or a significant increase in the consumption of valuable chemicals.

Оригинальная конструкция катода и анода, позволяет уменьшить количество элементов оборудования и снизить эрозию электродов.The original design of the cathode and anode allows you to reduce the number of equipment elements and reduce erosion of the electrodes.

Сущность полезной модели поясняется схемой, представленной на фиг.1. Плазменно-биохимический реактор, содержит компрессорную установку 1, состоящую из компрессора для подачи сжатого воздуха 2, ресивера для накопления воздуха 3, манометра на входе для контроля давления в ресивере 4, крана 5 для регулировки подачи воздуха, плазменный реактор, состоящий из одной или плазменных ячеек 6, в нижней части корпуса плазменных ячеек расположен узел предварительной активации воды 7, состоящий из корпуса из диэлектрического материала 8, внутри корпуса 8 имеется камера 9 для смешения воздуха и загрязненной жидкости, в нижней части камеры смешения 9 установлена пористая мембрана-диспергатор 10, в верхней и нижней части корпуса 8 установлены фланцы с прокладками 11, в корпусе 8 имеются шпильки 12 для соединения верхнего и нижнего фланцев 11 с целью уплотнения корпуса 8, сбоку корпуса 8 имеется вход-переходник 13, блок подачи загрязненной воды 14, состоящий из резервуара 15 с исходной загрязненной жидкостью, насоса 16, предназначенного для перекачки под давлением загрязненной жидкости в узел предварительной активации воды 7, расходометра по жидкости 17 предназначенного для измерения расхода загрязненной жидкости, в камере смешения 9 расположена трубка 18, предназначенная для поступления загрязненной воды из блока подачи воды 14 под давлением на поверхность мембраны диспергатора 10, в верхнем фланце 11 корпуса 8 расположена переходная трубка 20, предназначенная для соединения узлов плазменной ячейки, в трубке 20 расположен дроссель 21, предназначенный для регулировки расхода газодисперсной смеси, ускорения потока и его турбулизации, в верхней части корпуса ячейки 6 расположен узел плазменной обработки загрязненной жидкости 22, состоящий из герметичного корпуса из диэлектрика, в котором размещены внутренний электрод 24 в виде стержня, на конце которого имеется шайба или шайбы с острыми гранями 33, обеспечивающий поджиг разряда и снижение эрозии электродов, фиксация внутреннего электрода строго по центру корпуса обеспечивается перфорированным диском из диэлектрика 25, и анод, состоящий из двух частей, верхней в виде перфорированного цилиндра из меди 26 и нижней в виде медного кольца 32 с диаметром проходного отверстия большего диаметра шайбы или шайб 33, в корпусе имеется сквозная полость, в которой происходит обработка разрядом загрязненной воды, корпус уплотнен торцовыми нижней 27, на которой установлен генератор ударных волн 23, и верхней 28 крышками с герметизирующими прокладками, на верхней крышке 28 предусмотрена установка колпака с сальником 29 для крепления электрода 24, и возможности его перемещения в вертикальном направлении, для обеспечения работы установки со средами с различными проводящими свойствами, на колпаке установлено выпускное устройство 30 для вывода предварительно очищенной воды, для подачи напряжения на внешний электрод используются медные стрежни 31 с сальниками, блок питания 34, предназначенный для подачи напряжения на электроды 24, 33 и 26, 32, состоящий из источника питания 220 В, 50 Гц 35, ЛАТРа для регулировки напряжения в разных режимах работы 36, повышающего трансформатора 37, делителя напряжения 38, вольтметра 39, амперметра 40; шина 41 для заземления корпуса плазменного реактора и блока питания переменного напряжения, блок фильтрации гелей и золей 42, блок химической очистки 43 от остатков неорганических отходов, и отходов угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов в блоке биологической очистки 44, блок биологической очистки, состоит из емкости 45, предназначенной для накопления и дальнейшей обработки биологическим способом до ПДК первично очищенной в плазменном реакторе загрязненной жидкости, включающей диспергирующее устройство 46 и микроорганизмов в виде «активного ила»; ресивера 47, регулирующего крана 48; компрессора 49 для подачи сжатого воздуха или баллона с кислородом.The essence of the utility model is illustrated by the circuit shown in figure 1. Plasma-biochemical reactor, contains a compressor unit 1, consisting of a compressor for supplying compressed air 2, a receiver for accumulating air 3, a pressure gauge at the inlet to control the pressure in the receiver 4, a valve 5 for adjusting the air supply, a plasma reactor consisting of one or plasma cells 6, in the lower part of the plasma cell housing there is a water pre-activation unit 7, consisting of a housing of dielectric material 8, inside the housing 8 there is a chamber 9 for mixing air and contaminated liquid, in the lower part of the mixing chamber 9, a porous dispersing membrane 10 is installed, flanges with gaskets 11 are installed in the upper and lower parts of the housing 8, studs 12 are installed in the housing 8 for connecting the upper and lower flanges 11 to seal the housing 8, on the side of the housing 8 there is an adapter input 13, the supply unit of contaminated water 14, consisting of a reservoir 15 with the original contaminated liquid, a pump 16, designed for pumping under pressure a contaminated liquid in the site of preliminary activation of water 7, a liquid flow meter 17 designed to measuring the flow rate of contaminated liquid, a tube 18 is located in the mixing chamber 9, intended for the supply of contaminated water from the water supply unit 14 under pressure to the surface of the dispersant membrane 10, in the upper flange 11 of the housing 8 there is a transition tube 20, designed to connect the plasma cell nodes, in the tube 20 is a throttle 21, designed to regulate the flow of the gas-dispersed mixture, accelerate the flow and its turbulization, in the upper part of the cell body 6 there is a plasma processing unit liquid 22, consisting of a sealed dielectric casing, in which an internal electrode 24 is placed in the form of a rod, at the end of which there is a washer or washers with sharp edges 33, which provides ignition of the discharge and reduction of erosion of the electrodes, fixing the inner electrode strictly in the center of the casing is perforated a dielectric disk 25, and an anode consisting of two parts, the upper one in the form of a perforated cylinder of copper 26 and the lower one in the form of a copper ring 32 with a diameter of the through hole of a larger diameter of the washer or washers 3 3, the casing has a through cavity in which the discharge of contaminated water is processed, the casing is sealed with a mechanical bottom 27, on which the shock wave generator 23 is mounted, and upper 28 with caps with sealing gaskets, and a cap with a gland 29 for mounting is provided on the top cover 28 the electrode 24, and the possibility of its movement in the vertical direction, to ensure the operation of the installation with media with different conductive properties, an exhaust device 30 is installed on the cap for outputting preliminary of the searched water, for supplying voltage to the external electrode, copper rods 31 with glands are used, a power supply unit 34, designed to supply voltage to the electrodes 24, 33 and 26, 32, consisting of a power source 220 V, 50 Hz 35, LATR for voltage regulation in different modes of operation 36, step-up transformer 37, voltage divider 38, voltmeter 39, ammeter 40; a bus 41 for grounding the plasma reactor vessel and the AC power supply unit, a gel and sol filtration unit 42, a chemical treatment unit 43 for residues of inorganic waste, and microorganism inhibiting waste products in the biological treatment unit 44, the biological treatment unit, consists of a tank 45 designed for the accumulation and further biological treatment to MPC of the contaminated liquid initially purified in a plasma reactor, including dispersing device 46 and microorganisms in the form of " su- sludge "; receiver 47, control valve 48; compressor 49 for supplying compressed air or an oxygen cylinder.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Газ - воздух или кислород из компрессорной установки 1 по трубопроводам подается на пористую мембрану-диспергатор 10, расположенную в нижней части камеры смешения 9 в узле предварительной активации воды 7, при этом сжатый воздух создается в компрессоре 2, далее поступает в ресивер 3, измерение давления в ресивере осуществляется манометром 4, расход газа регулируется дроссельным краном 5; одновременно загрязненная жидкость из блока подачи загрязненной воды 14 подается под давлением через вход-переходник 13 в узел предварительной активации воды 7, при этом в бак - 15 периодически или непрерывным образом подается загрязненная вода, содержащая биологические и химические отходы или то и другое вместе, далее насос 16 под давлением, через расходомер по воде 17 подает жидкость по трубопроводам на вход - переходник 13, далее по трубке 18 загрязненная жидкость под напором поступает на поверхность мембраны-диспергатора 10, расположенную в нижней части камеры смешения 9, где происходит образование газодисперсной пузырьковой смеси и образование первичных пузырьков, далее газодисперсный поток поступает в соединительную трубку 20, в которой расположен дроссель 21, предназначенный для регулировки расхода газодисперсной пузырьковой смеси, проходя через дроссель, газодисперсная смесь ускоряется, турбулизируется, вследствие чего возникают сдвиговые напряжения и происходит дополнительно дробление пузырьков; далее газопузырьковая смесь поступает в узел плазменной обработки загрязненной жидкости 22, газодисперсная струя из дросселя 21 попадает на ударноволновой генератор 23, расположенный в корпусе верхней части плазменной ячейки 22, где происходит дополнительное дробление пузырьков до субмикронного размера, далее газодисперсная смесь поступает в область между электродами 24, 33 и 26, 32, где образуется объемно - диффузионный разряд, напряжение на электроды подается из блока питания 34 через медные штырьки 31, уплотненные сальниками, напряжение на электрод 24, 33 непосредственно по соединительным проводам подается с блока питания переменного или постоянного напряжения 34 с плавной регулировкой параметров тока и напряжения ЛАТРом 35, повышение напряжения до заданных параметров осуществляется трансформатором 37, напряжение регистрируется вольтметром 39, ток амперметром 40, для возможности использования дешевых маломощных измерительных приборов амперметра и вольтметра применяется делитель напряжения 38, после первичной обработки в узле плазменной очистки 22 газодисперсная смесь через выпускное устройство 30 по трубопроводу поступает в блок фильтрации гелей и золей 42, предназначенный для устранения крупных частиц органического и неорганического характера, которые могут образовываться в ходе первичной обработки плазмой, далее в блок химической обработки 43 для отделения жидкости и газа, устранения остатков неорганических примесей и примесей, угнетающих жизнедеятельность микроорганизмов в блоке биологический очистки 44, далее обезгаженная жидкость поступает в бак 45 блока биологической очистки 44, где вода, прошедшая обработку в предшествующих трех блоках, доокисляется до предельно допустимой концентрации биологически активным илом, содержащим микроорганизмы. Для увеличения эффективности жизнедеятельности микроорганизмов и увеличения производительности биологического реактора на единицу объема предварительно очищенной жидкости, производится барботирование жидкости в емкости 45 с помощью диспергатора 46 воздухом, либо кислородом. Для этого воздух или кислород нагнетается компрессором 49, далее поступает в ресивер 47, затем на диспергатор 46, регулировка расхода производится краном 48. Работа биологического реактора возможна как в непрерывном, так и периодическом режимах.Gas - air or oxygen from the compressor unit 1 is piped to a porous dispersing membrane 10 located in the lower part of the mixing chamber 9 in the water pre-activation unit 7, while compressed air is created in the compressor 2, then enters the receiver 3, pressure measurement in the receiver is carried out by a manometer 4, the gas flow is regulated by a throttle valve 5; at the same time, contaminated liquid from the contaminated water supply unit 14 is supplied under pressure through an inlet-adapter 13 to the preliminary water activation unit 7, while contaminated water containing biological and chemical wastes, or both, is periodically or continuously supplied to the tank 15, further the pump 16 is under pressure, through the flow meter through the water 17 delivers the liquid through the pipelines to the inlet - adapter 13, then through the pipe 18 the contaminated liquid under pressure flows to the surface of the dispersing membrane 10 located in the bottom of the mixing chamber 9, where the formation of the gas-dispersed bubble mixture and the formation of primary bubbles, then the gas-dispersed stream enters the connecting tube 20, in which the throttle 21 is located, which is used to regulate the flow of the gas-dispersed bubble mixture, passing through the throttle, the gas-dispersed mixture is accelerated, turbulized, as a result, shear stresses arise and additionally crushing of the bubbles occurs; Further, the gas-bubble mixture enters the plasma processing unit of the contaminated liquid 22, the gas-dispersed jet from the inductor 21 falls on the shock-wave generator 23 located in the upper part of the plasma cell 22, where additional bubbles are crushed to a submicron size, then the gas-dispersed mixture enters the area between the electrodes 24 , 33 and 26, 32, where a volume-diffusion discharge is formed, the voltage to the electrodes is supplied from the power supply unit 34 through copper pins 31 sealed with glands, the voltage on the electric ktrod 24, 33 is supplied directly via connecting wires from an AC or DC voltage supply unit 34 with continuously adjustable current and voltage parameters of LATR 35, voltage is increased to set parameters by transformer 37, voltage is recorded by voltmeter 39, current by ammeter 40, for the possibility of using cheap low-power a voltage divider 38 is used for measuring instruments of the ammeter and voltmeter, after the initial processing in the plasma cleaning unit 22, the gas-dispersed mixture through the accelerating device 30 is piped into the gel and sol filtration unit 42, designed to eliminate large particles of an organic and inorganic nature that can form during the initial plasma treatment, then to the chemical processing unit 43 to separate liquid and gas, remove residual inorganic impurities and impurities that inhibit the vital activity of microorganisms in the biological treatment unit 44, then the degassed liquid enters the tank 45 of the biological treatment unit 44, where the water that has been treated heel in the previous three blocks dookislyaetsya to the maximum allowable concentration of biologically activated sludge containing microorganisms. To increase the efficiency of the vital functions of microorganisms and increase the productivity of a biological reactor per unit volume of previously purified liquid, the fluid is bubbled in a tank 45 using a dispersant 46 with air or oxygen. To do this, air or oxygen is injected by the compressor 49, then enters the receiver 47, then to the dispersant 46, the flow rate is adjusted by the valve 48. The biological reactor can be operated both in continuous and batch mode.

Газо-жидкостная микропузырьковая гетерогенная смесь, являясь средой развития разряда, переходит в иное состояние, образуя сложный очень динамичный конгломерат водяного пара, воздуха, продуктов электролиза воды и ионизации воздуха, продуктов распада химических веществ и биологических организмов. При высоком объемном газосодержании □>0,4 в области, где горит разряд за счет локальных пробоев, образуются мощные ударные и акустические волны, разрушительно действующие на живые организмы и химические соединения. Это обусловлено тем, что скорость звука в микропузырьковых средах при высоком объемном газосодержании составляет десятки метров в секунду, тогда как в газах она составляет сотни, в жидкостях тысячи метров в секунду. Поэтому интенсивность ударных волн, определяемая отношением скорости ударной волны к скорости звука, при сжатии пузырьков весьма высока. Это является дополнительным, положительным фактором, отличающим горение разряда в чистой жидкости или в газе от горения разряда в микропузырьковой среде. Также фактором, влияющим на высокую эффективность разряда в пузырьковой среде, является большая удельная площадь поверхности раздела фаз, так как разряд происходит и образуется плазма на поверхности раздела фаз газ - жидкость.The gas-liquid microbubble heterogeneous mixture, being the medium for the development of the discharge, goes into a different state, forming a complex, very dynamic conglomerate of water vapor, air, water electrolysis products and ionization of air, decomposition products of chemicals and biological organisms. With a high volumetric gas content of □> 0.4, in the region where the discharge burns due to local breakdowns, powerful shock and acoustic waves are formed that destructively affect living organisms and chemical compounds. This is due to the fact that the speed of sound in microbubble media at high volumetric gas content is tens of meters per second, while in gases it is hundreds, in liquids thousands of meters per second. Therefore, the intensity of the shock waves, determined by the ratio of the speed of the shock wave to the speed of sound, is very high when the bubbles are compressed. This is an additional, positive factor that distinguishes the combustion of a discharge in a pure liquid or gas from the combustion of a discharge in a microbubble medium. Another factor affecting the high efficiency of the discharge in a bubble medium is the large specific surface area of the phase interface, since the discharge occurs and plasma forms on the gas-liquid interface.

Поражающими факторами для биологических организмов являются ударные волны и акустические волны, генерируемые в разряде при его горении, высокая температура в плазме в локальных зонах на поверхности раздела фаз, излучение, наличие озона или хлора (если вода содержит NaCl), электрический ток.The damaging factors for biological organisms are shock waves and acoustic waves generated in the discharge during its combustion, high temperature in the plasma in local zones on the interface, radiation, the presence of ozone or chlorine (if water contains NaCl), electric current.

Факторами, обеспечивающими высокую эффективность разряда при обработке химических отходов, являются ударные волны и акустические волны, генерируемые в разряде при его горении, высокая температура в локальных зонах в плазме на поверхности раздела фаз, излучение, наличие озона, электрический ток, ионизация, стимулированное плазмой горение, окисление в кислороде или воздухе при барботировании жидкости газом при высоком объемном газосодержании.The factors providing high discharge efficiency in the processing of chemical waste are shock waves and acoustic waves generated in the discharge during its combustion, high temperature in local zones in the plasma on the interface, radiation, the presence of ozone, electric current, ionization, plasma-stimulated combustion , oxidation in oxygen or air when bubbling a liquid with gas at a high volumetric gas content.

По сравнению с установками и устройствами, реализующими объемно-диффузионный разряд в воде и электролитах, предлагаемая установка плазменно-биохимический реактор обладает улучшенными экономическими показателями, так как плазма при повышенном содержании органики в воде 50-100 г/литр только стимулирует горение органики в присутствии воды и возможен даже относительно высокий выход дополнительного тепла для отопления производственных помещений. В данном случае загрязненная вода может выступать как низкокалорийное топливо. Кроме того, наличие дополнительно в установке реактора блоков фильтрации золей и гелей, блока химической доочистки и биологической доочистки до предельно допустимой концентрации химических отходов позволяет существенно повысить экономичность процесса. Это поясняется типичной зависимостью снижения содержания в воде химического вещества, например фенола, от времени обработки в разряде см. фиг.2. Из фиг.2 видно, что примерно до концентрации 1 г/литр фенола имеется резкая зависимость снижения токсичного вещества от времени, далее концентрация раствора падает значительно медленнее, возрастают непроизводительные потери электроэнергии на обеззараживание загрязненной воды на единицу объема. Применение блока фильтрации гелей, золей, блока химической доочистки, биологической очистки для доокисления органических отходов позволяет примерно в 3.0 раза снизить затраты электроэнергии при обеззараживании их в плазменно-биохимическом реакторе по сравнению с устройствами с применением только плазменной дезактивации токсических отходов. Наличие высокой удельной площади поверхности контакта фаз в микропузырьковом режиме течения в объемно-диффузионном разряде (так как разряд идет на поверхности раздела фаз газ - жидкость) и совокупности факторов, а именно ударных волн и акустических волн, генерируемых в разряде при его горении, высокой температуры в локальных зонах в плазме, возникающей на поверхности раздела фаз, излучения, наличие озона, электрического тока, ионизации, стимулированного плазмой горения в кислороде или воздухе при барботировании жидкости газом при высоким объемном газосодержании, а так же возможности плавного изменения характеристик разряда в зависимости от состава обрабатываемой среды, позволяют использовать этот вид разряда с высокой эффективностью для обеззараживания воды, содержащей высокостойкие химические вещества и высокостойкие микроорганизмы, споры микробов, вирусы с минимальными непроизводительными энергетическими потерями.Compared to installations and devices that realize volume-diffusion discharge in water and electrolytes, the proposed installation of a plasma-biochemical reactor has improved economic indicators, since plasma with an increased organic content of 50-100 g / liter in water only stimulates the burning of organics in the presence of water and even a relatively high output of additional heat for heating industrial premises is possible. In this case, contaminated water can act as a low-calorie fuel. In addition, the presence in the reactor installation of sol and gel filtration units, a chemical treatment unit and a biological treatment unit to the maximum permissible concentration of chemical waste can significantly increase the efficiency of the process. This is illustrated by the typical dependence of the reduction in the water content of a chemical substance, for example phenol, on the treatment time in the discharge, see FIG. 2. From figure 2 it can be seen that up to a concentration of 1 g / liter of phenol there is a sharp dependence of the reduction of the toxic substance on time, then the concentration of the solution drops much more slowly, the unproductive losses of electricity for disinfection of contaminated water per unit volume increase. The use of a gel filtration unit, sols, a chemical aftertreatment unit, and biological treatment for the oxidation of organic waste makes it possible to reduce energy costs by a factor of about 3.0 when disinfecting them in a plasma-biochemical reactor compared to devices using only plasma toxic waste decontamination. The presence of a high specific surface area of the phase contact in the microbubble flow regime in a volume-diffusion discharge (since the discharge occurs at the gas-liquid phase interface) and a combination of factors, namely shock waves and acoustic waves generated in the discharge during its combustion, at high temperature in local zones in the plasma arising at the interface, radiation, the presence of ozone, electric current, ionization, stimulated by the combustion plasma in oxygen or air when bubbling the liquid with gas at high m volumetric gas content, as well as the possibility of a smooth change in the discharge characteristics depending on the composition of the medium being processed, allow using this type of discharge with high efficiency for disinfecting water containing highly resistant chemicals and highly resistant microorganisms, microbial spores, viruses with minimal unproductive energy losses.

Claims

Plasma-biochemical reactor containing a plasma reactor consisting of several plasma cells connected in series or in parallel, or one plasma cell to create an electric discharge, consisting of a dielectric sealed enclosure containing two nodes connected in series, in the lower part of the plasma cell body there is a node preliminary activation of water containing a mixing chamber, in the lower part of which there is a porous dispersing membrane for supplying air or oxygen to as it mixes above the surface of the dispersant membrane, there is a tube for supplying contaminated water under pressure to the membrane surface to create a bubble dispersed medium and reduce the size of the bubbles formed on the surface of the dispersant membrane by rinsing them, fittings for supplying contaminated water and air in the upper a part of the plasma cell is equipped with a plasma processing unit for contaminated liquid; on its casing there are end upper and lower covers with sealing gaskets, while in the upper A cap with an oil seal is mounted on the tower for fastening the electrode and making it possible to move it in the vertical direction, made in the form of a rod, on the cap there is an output device for the release of purified water, in the lower cover there is an opening for installing an adapter tube for connecting the water pre-activation unit and the plasma unit processing in the plasma cell, a throttle is installed inside the adapter tube to adjust the flow rate of the gas-dispersed mixture formed in the mixing chamber located the site of preliminary activation of water, and its acceleration and turbulization to further reduce the size of the bubbles by crushing them and increasing the surface area of the liquid-gas interface during pretreatment of water contaminated with chemical compounds or biological organisms and impurities in a plasma reactor, the plasma-biochemical reactor also contains an AC or DC power supply unit, an air supply system, a contaminated water supply unit, a plasma reactor in the form of a container, containing a bubbler device for creating microbubbles of gas in a contaminated liquid, regulating the flow rate of a tap, characterized in that in the plasma processing unit on the inner electrode there is one or more washers, the external shape of which has one or more sharp edges, providing ignition of the discharge at lower voltages and reduction of erosion of the electrodes, in addition to crushing bubbles on the lower cover of the upper part of the plasma cell, a shock-wave generator is located behind the inductor, and an external electrode located in The upper part of the plasma cell consists of two parts, the lower part is an electrically conductive ring, the inner diameter of which exceeds the diameter of the washers located on the end of the inner electrode, the upper part of the outer electrode is a perforated electrically conductive cylinder, and a chemical processing unit is additionally installed to reduce energy costs and block filtration of gels and sols.