Очистительное устройство и способ удаления ксенобиотиков из воды

Изобретение относится к очистительному устройству, приспособленному для осуществления способа фотохимического удаления ксенобиотиков, присутствующих в воде. Очистительное устройство содержит узел фотохимического реактора, имеющий по меньшей мере один вход для загрязненной воды и один выход для очищенной воды с обеспечением направления непрерывного потока воды от входа к выходу, и оборудован модулем источника излучения, обеспечивающим ультрафиолетовое излучение с длиной волны в интервале от 100 до 280 нм. Очистительное устройство содержит по меньшей мере один узел мембранной фильтрации, предназначенный для осуществления ультрафильтрации и соединенный выше по ходу потока указанного узла фотохимического реактора через указанный вход, и по меньшей мере одно устройство для подачи воздуха или дикислорода в воду, содержащуюся в узле фотохимического реактора, и устройство для подачи перекиси водорода в узел фотохимического реактора. Изобретение обеспечивает надежное удаление ксенобиотиков из воды. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

 

Настоящее изобретение относится к области обработки воды, особенно к устройству и способу для удаления химически и биологически активных соединений, обобщаемых как ксенобиотики.

Очистка воды является одной из наиболее важных проблем на Земле. Было разработано большое число методик разложения, изменения или удаления химических соединений. Так, в WO/1999/055622 раскрываются способ и устройство для удаления сильных окисляющих агентов из жидкостей, причем устройство состоит из узла облучения и следующего за ним узла обработки, который может представлять собой узел умягчения воды, реакционного сосуда с окислительно-восстановительной в отношении металлов средой, или их комбинаций. В узле облучения используется длина волны УФ света в интервале от 185 до 254 нм.

В EP 1 160 203 раскрываются способ и устройство для разложения органических соединений в водном растворе посредством фотолиза воды с помощью вакуумного УФ облучения в интервале от 120 до 210 нм и посредством электрохимического получения дикислорода, последнее происходит в облученной части раствора.

В US 2006/0124556 A1 также раскрывается способ и устройство для очистки жидкостей. Устройство содержит множество узлов фильтрации, расположенных последовательно с лазерными фотолитическими камерами, производящими свет в интервале от 100 до 300 нм. Указанное многопозиционное устройство и способ предназначены убивать микробы и ароматические кольцевые структуры; как оказалось, они предназначены для применения конечным пользователем.

Кроме того, Sosnin et al. описывают в "Application of capacitive and barrier discharge excimer lamps in photoscience", Journal of Photochem. and Photobiol. C: Photochem. Rev., 7, 2006, p.145-163, применение ультрафиолетового и вакуумного ультрафиолетового излучения, создаваемого эксимерными лампами, для окисления и минерализации органических субстратов в водной фазе. Раскрывается устройство лабораторного масштаба с проточным фотохимическим реактором с рециркуляцией воды между резервуаром и фотореактором.

Принимая во внимание уровень техники, можно сделать вывод, что все еще существует необходимость в обеспечении надежных способов очистки воды, загрязненной ксенобиотиками, которые могут применяться в промышленном масштабе.

Эта цель достигается с помощью очистительного устройства, отличающегося признаками, заявленными в пункте 1 формулы изобретения.

Задача надежного удаления ксенобиотиков из загрязненной воды решается с помощью способа, отличающегося признаками, заявленными в пункте 11 формулы изобретения.

Следующие варианты выполнения устройства и способа согласно настоящему изобретению раскрываются в зависимых пунктах.

Настоящее изобретение обеспечивает устройство и способ удаления ксенобиотиков из воды, в частности из сточных вод, и при обработке пригодной для питья воды. Термин "ксенобиотики" означает ксенобиотические загрязняющие агенты в концентрациях от микро- до фемтограмм на литр, в частности, они образуются в результате производства и потребления фармацевтических средств, а также из любых других источников получения и применения ксенобиотиков.

В первом варианте выполнения настоящего изобретения обеспечивается очистительное устройство для фотохимического удаления ксенобиотиков. Устройство может применяться для применений вплоть до промышленного масштаба.

Очистительное устройство содержит узел фотохимического реактора, имеющий один или более входов для воды, загрязненной ксенобиотиками, и один или более выходов для очищенной воды, причем обеспечивается направление непрерывного потока воды от входа к указанному выходу. Узел реактора оборудован модулем источника излучения, который обеспечивает ультрафиолетовое излучение с длинами волн в интервале от 100 до 280 нм. Кроме того, очистительное устройство содержит один или более узлов мембранной фильтрации, которые соединены выше по ходу потока узла указанного фотохимического реактора. Мембранная фильтрация предназначена для осуществления ультрафильтрации, таким образом, предпочтительно собирая твердые частицы и растворенные макромолекулы, содержащиеся в водном потоке, подвергаемом последующей фотохимической обработке. Удаление указанных твердых частиц и макромолекул из потока воды приводит к более высокой прозрачности воды и повышает эффективность разложения загрязняющих агентов.

Для того чтобы содействовать процессу окислительного разложения предпочтительным образом и для достижения общей минерализации ксенобиотиков, очистительное устройство дополнительно оборудовано по меньшей мере одним устройством для подачи дикислорода, предпочтительно воздуха, в узел фотохимического реактора. В общем, очищенный сжатый воздух или дикислород будет подаваться в сжатом виде. Но дикислород также может быть получен in situ посредством электролиза.

Очистительное устройство может, кроме того, содержать систему регулировки уровня воды или систему регулировки потока воды, причем указанная система предпочтительно объединена с промежуточным резервуаром, уравновешивающим различные скорости потока обрабатываемой воды между узлами фотохимического реактора и мембранной фильтрации.

Модуль источника излучения соединен с источником электропитания, который также может применяться для работы и контроля электрического входа и радиационного выхода модуля.

Для осуществления ультрафильтрации узел мембранной фильтрации, входящий в вариант выполнения очистительного устройства согласно настоящему изобретению, содержит мембрану с размерами пор в интервале от 0.07 до 0.25 мкм, со средним размером пор 0.12 мкм. Узел мембранной фильтрации устанавливается для осуществления либо фильтрации в поперечном потоке, либо тупиковой фильтрации, обе из которых хорошо известны специалистам в данной области техники, проходящий через фильтр пермеат вводится в узел фотохимического реактора. Предпочтительно мембрана очистительно устройства представляет собой гидрофильную мембрану, соответствующую химическим характеристикам среды, которая подлежит фильтрации.

Другие варианты выполнения настоящего изобретения относятся к модулю источника излучения, применяемому внутри фотохимического реактора и расположенному в параллельном или в поперечном направлении по отношению к направлению потока воды или потоку воды, соответственно, создаваемому между входом и выходом.

Модуль источника излучения может содержать по меньшей мере одну охватывающую трубку, окружающую источник излучения, причем охватывающая трубка является по меньшей мере частично пропускающей ультрафиолетовое излучение. Предпочтительно материалом охватывающей трубки является синтетический кварц, который является прочным, термически устойчивым, химически инертным и прозрачным, даже при длине волн ниже 200 нм.

Кроме того, очистительное устройство согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения может содержать очищающие средства для осуществления механической и/или химической очистки модуля источника излучения, в частности охватывающей трубки, для предотвращения потери эффективности излучения. Способ очистки может проводиться вручную или может запускаться автоматически в заданное время или в результате сигнала, получаемого в результате измерения прозрачности.

В зависимости от объемного расхода сточных вод и в зависимости от конструкции узла фотохимического реактора, множество модулей источника излучения могут работать при последовательном и/или параллельном расположении внутри указанного узла фотохимического реактора. В общем, виды модулей источников излучения выбираются согласно желательному спектру испускания, излучающему свет с длинами волн в интервале от 100 до 280 нм. Соответствующими источниками ультрафиолетового излучения являются ртутные лампы низкого давления, испускающие ультрафиолетовое излучение предпочтительно при длинах волн 185 нм и 254 нм.

Для того чтобы обработать большое количество загрязненной воды, очистительное устройство может содержать множество узлов фотохимического реактора и соответственно подходящее число узлов мембранной фильтрации, которые могут располагаться последовательно или параллельно, или и так, и так, в зависимости от характеристик воды, подлежащей очистке, и/или от условий очистки. В общем, узел мембранной фильтрации устанавливается выше по ходу потока каждого узла фотохимического реактора.

Кроме того, очистительное устройство может содержать по меньшей мере одно устройство для подачи перекиси водорода в узел фотохимического реактора в целях улучшения разложения ксенобиотиков. Добавление перекиси водорода в ходе стадии облучения приводит к усиленному образованию гидроксильных радикалов, в частности, при длине волн выше 190 нм, тогда как при длине волны в интервале от 100 до 190 нм гидроксильные радикалы образуются путем фотолиза и/или гомолиза молекул воды. Гидроксильные радикалы инициируют различные радикальные реакции с ксенобиотиками, которые в комбинации с указанным подаваемым дикислородом (в виде воздуха или в чистом виде) приводят к окислительному разложению и возможной минерализации ксенобиотиков.

Ксенобиотики, которые обрабатываются и удаляются с помощью устройства согласно варианту выполнения настоящего изобретения и путем применения способов, описанных в данной заявке, представляют собой экзогенные молекулы с относительно низкой молекулярной массой; эти ксенобиотики могут образовываться из лекарственных композиций, или могут содержаться в загрязняющих агентах в воде или воздухе, или в пищевых добавках, фитофармацевтических средствах и других источниках.

В способе удаления ксенобиотиков из воды согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения применяется очистительное устройство, как описано выше. Способ представляет собой простую методику, которая, в общем, требует осуществления только двух стадий очистки: фильтрации воды и воздействия на пермеат излучением при желательной длине волы (длинах волн).

Прежде всего, непрерывный поток загрязненной воды подается в узел мембранной фильтрации для осуществления указанной стадии ультрафильтрации, таким образом, удаляя суспендированные и растворенные макромолекулярные вещества из воды. Затем предварительно очищенная вода "пермеат" вводится в узел фотохимического реактора, подвергаясь воздействию ультрафиолетового излучения с длинами волн в интервале от 100 до 280 нм, при этом указанные ксенобиотики разлагаются благодаря фотоиндуцированному образованию гидроксильных радикалов. В присутствии подаваемого воздуха и дикислорода окислительное разложение может приводить к минерализации указанных ксенобиотиков.

Непрерывный поток очищенной воды может теперь быть выпущен из очистительного устройства.

Способ согласно настоящему изобретению, содержащий подачу загрязненной воды, фильтрацию и облучение отфильтрованной воды для удаления ксенобиотиков окислительными способами и последующий выпуск облученной воды, может предпочтительно осуществляться в виде непрерывного процесса. Для этой цели несколько узлов фотохимического реактора могут использоваться при параллельном или последовательном расположении. Периодический или полунепрерывный процессы возможны, но требуют, чтобы непрерывный поток воды неоднократно подвергался облучению ультрафиолетом посредством его рециркуляции через один или несколько узлов фотохимического реактора.

Настоящее изобретение и цели, стоящие перед настоящим изобретением, можно будет намного лучше понять с помощью приведенного далее подробного описания вместе с рядом примеров и посредством чертежей, на которых:

На Фиг.1 приведено схематическое изображение узла фотохимического реактора с открытыми потоками, и

На Фиг.2 приведено схематическое изображение очистительного устройства согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения с узлом мембранной фильтрации в поперечном потоке и узлом фотохимического реактора.

На Фиг.1 и 2 показаны различные виды узла фотохимического реактора 2, приспособленного для включения в очистительное устройство по настоящему изобретению. Выше по ходу потока узла фотохимического реактора 2 очистительное устройство для фотохимического удаления ксенобиотиков из воды соединено с узлом мембранной фильтрации 1, как показано на Фиг.2. Устройство согласно вариантам выполнения настоящего изобретения подходят для крупномасштабной обработки сточных вод или для обработки питьевой воды.

Узел мембранной фильтрации, показанный на Фиг.2, имеет вход 3 для втекания загрязненной воды, показанной стрелкой A. Суспендированные твердые вещества или растворенные макромолекулярные вещества концентрируются и накапливаются в потоке ретентат A′, протекающем вдоль мембраны 5 узла мембранной фильтрации 1, которая согласно настоящему изобретению представляет собой гидрофильную мембрану, имеющую размер пор в интервале от 0.07 до 0.25 мкм, при среднем размере пор 0.12 мкм. Так как типичный интервал размера пор мембраны для микрофильтрации составляет от 0.1 до 10 мкм и типичные размеры пор мембран для ультрафильтрации ниже 0.1 мкм, мембрана 5, применяемая в устройстве согласно настоящему изобретению, показывает размеры пор в интервале между микро- и ультрафильтрацией. Фильтрация в поперечном потоке, как показано на Фиг.2, предотвращает засорение мембраны, чтобы не происходило нарастание осадка на фильтре.

В зависимости от условий потока может быть обеспечено множество входов в узел мембранной фильтрации.

В общем, микрофильтрация представляет собой способ удаления загрязняющих веществ из жидкости, проходящей через микропористую мембрану, действующую в качестве фильтра микронного размера. Микрофильтрация может осуществляться с применением давления или без него. Мембраны фильтра являются пористыми и позволяют прохождение воды, моновалентных частиц, растворенных органических веществ, маленьких коллоидных частиц и вирусов, но они удерживают частицы, осадок, водоросли или более крупные бактерии. Применение ультрафильтрации при обработке сточных вод дополнительно служит для разделения и концентрации целевых макромолекул при непрерывных процессах фильтрации. В зависимости от отсекаемой молекулярной массы (MWCO) применяемой мембраны макромолекулы могут переноситься в пермеат или отделяться и концентрироваться в ретентате.

На Фиг.2 мембрана 5 располагается в параллельном направлении относительно направления потока ретентата A′ от входа 3 к выходу 7, что обеспечивает фильтрацию в поперечном потоке. Поперечный поток предотвращает засорение мембраны 5. Отделенные суспендированные и растворенные макромолекулярные вещества концентрируются в ретентате A′ (смотрите стрелку), тогда как пермеат, указанный стрелкой B, насыщенный растворенными загрязняющими веществами, подается через вход 2' в узел фотохимического реактора 2.

Накопление осадка на мембране может, тем не менее, происходить, когда осуществляется тупиковая фильтрация, и требуется периодическое удаление осадка, приводящее к прерывистой работе узла мембранной фильтрации. Поэтому может быть предпочтительно обеспечивать по меньшей мере два узла мембранной фильтрации, поочередно соединенных со входом для сточных вод и с расположенным ниже по ходу потока узлом фотохимического реактора, для того чтобы гарантировать, что вода будет непрерывно протекать через один из узлов мембранной фильтрации, в то время как другой подвергается техническому обслуживанию.

Узел фотохимического реактора 2 очистительного устройства может быть оборудован одним модулем источника излучения 6, как обозначено пунктирной линией на Фиг.2. Альтернативно, он может быть оборудован более чем одним модулем источника излучения 6, как показано на Фиг.1, где четыре модуля источника излучения 6 (пунктирные линии) располагаются параллельно друг к другу и выстраивается в линию с основным направлением потока B′ внутри реактора, который соединен с выходом пермеата B узла мембранной фильтрации 1. Каждый модуль источника излучения 6 включает источник излучения, который испускает ультрафиолетовое излучение с длинами волн в интервале от 100 до 280 нм.

Модули источника излучения 6 внутри узла фотохимического реактора 2 на Фиг.1 и 2 выровнены по направлению потока воды В'. Другие узлы фотохимического реактора могут содержать модули источника излучения, установленные вертикально по отношению к основному направлению подаваемого потока жидкости. В случае если внутри фотохимического реактора применяется более одного модуля источника излучения, модули могут располагаться однонаправленно, в параллельных или поперечных направлениях, или они могут располагаться, формируя конфигурацию пересечения для достижения гомогенного освещения облучаемого объема реактора.

Источник излучения модуля источника излучения может быть окружен по меньшей мере одной охватывающей трубкой. Эта охватывающая трубка по меньшей мере частично пропускает излучение с длинами волн, необходимыми для фотохимически индуцированного способа разложения. По этой причине охватывающая трубка предпочтительно изготавливается из кварцевых материалов, предпочтительно из синтетического кварца, пропускающих вакуумное ультрафиолетовое излучение ниже 200 нм.

Для того чтобы поддерживать хороший коэффициент пропускания охватывающей трубки могут применяться средства очистки охватывающей трубки. Очищение может осуществляться механическим и/или химическим путем, и средства очистки могут приводиться в действие вручную или просто автоматическим образом.

Узел фотохимического реактора может содержать множество модулей источника излучения, которые могут быть соединены последовательно и/или параллельно, в зависимости от конструкции узла фотохимического реактора и желательных условий потока. Несколько узлов фотохимического реактора могут быть соединены последовательно и/или параллельно в зависимости от потока сточных вод, подлежащих обработке, природы и концентраций загрязняющих агентов, подлежащих разложению. Источники излучения могут быть различных видов с различными эмиссионными спектрами, или они все могут быть одного вида с одинаковым эмиссионным спектром.

Предпочтительным источником излучения является ртутная лампа низкого давления, обладающая эмиссионным спектром с преобладающими линиями испускания при длинах волн 185 нм и 254 нм. Охватывающая трубка из синтетического кварца обеспечивает трансмиссию излучения как при 185 нм, так и при 254 нм, тогда как охватывающая трубка из природного кварца позволяет трансмиссию излучения только при 254 нм.

Другими подходящими источниками излучения являются эксимерные лампы, создающие свет с длинами волн заявленного интервала, особенно подходящими источниками являются источники вакуумного ультрафиолетового излучения, такие как Xe эксимерные лампы с максимумом эмиссии при 172 нм, ArF и ArCl эксимерная лампа с максимумом эмиссии при 193 нм и 175 нм соответственно. Другие источники излучения, способные испускать излучение с указанными длинами волн, содержат UV-C источники излучения, такие как KrCl эксимерная лампа с максимумом эмиссии, например, при 222 нм.

Что касается широкого разнообразия мощности, размеров и геометрических форм коммерчески доступных источников излучения и ламп, разложение и удаление ксенобиотиков, основанное на методике облучения воды вакуумным ультрафиолетовым излучением при 185 нм, возможно в комбинации с ультрафиолетовым-С излучением при 254 нм, предпочтительно может применяться для всех производительностей установки для обработки воды.

Система регулировки уровня воды может быть особенно полезна в узле фотохимичексого реактора 2 с открытыми потоками в соответствии с Фиг.1.

Модуль источника излучения, как известно специалистам в данной области техники, вводится в действие при соединении с электропитательным устройством, содержащим средства введения в действие и регулировки источника излучения или модуля источника излучения.

Для содействия окислительным способам и для достижения полной минерализации ксенобиотиков, очистительное устройство оборудуется по меньшей мере одним устройством для подачи сжатого воздуха или дикислорода в узел фотохимического реактора, особенно в облучаемую область, окружающую модуль источника излучения. In situ образование дикислорода может осуществляться электрохимическим путем, применяя электроды, расположенные подходящим образом в облучаемой области.

Для того чтобы управлять более значительными объемными расходами сточных вод, множество узлов мембранной фильтрации может быть расположено последовательно и/или параллельно и за ними следует множество узлов фотохимического реактора, таким образом, главный вход для крупномасштабного объемного расхода сточных вод может быть связан с разветвителем потока, разделяющим поток на несколько подпотоков, поступающих в узлы мембранной фильтрации. Соответственно может предполагаться устройство объединения пермеата.

Расположение по меньшей мере одного устройства подачи перекиси водорода в узле фотохимического реактора служит для образования дополнительных гидроксильных радикалов путем гомолиза перекиси водорода при интервале длин волн выше 190 нм, где фотохимический гомолиз воды не происходит. Следовательно испущенное излучение ртутной лампы низкого давления приводит к образованию гидроксильных радикалов благодаря гомолизу воды при 185 нм и образованию гидроксильных радикалов путем гомолиза перекиси водорода при 254 нм.

Гидроксильные радикалы инициируют различные радикальные реакции с ксенобиотиками, которые в комбинации с дикислородом приводят к разложению и минерализации ксенобиотиков. Реакционные пути реакций, инициированных этими гидроксильными радикалами, известны специалистам в данной области техники.

Способ очистки содержит стадии пропускания непрерывного потока загрязненной воды через узел мембранной фильтрации для удаления суспендированных и растворенных макромолекулярных веществ с последующим облучением пермеата (содержащего растворенные загрязняющие вещества относительно низкой молекулярной массы) ультрафиолетовым излучением с длиной волны в интервале от 100 нм до 280 нм. Облучение происходит в узле фотохимического реактора и продуцирует гидроксильные радикалы, которые инициируют удаление ксенобиотиков.

Подача сжатого воздуха или дикислорода на фотохимической стадии усиливает разложение и минерализацию ксенобиотиков и благодаря этому их удаление. После облучения очищенная вода (указана стрелкой C, смотрите Фиг.2) может выходить через один или более выходов 2″ из узла фотохимического реактора.

Очистительное устройство и способ очищения подходят для удаления ксенобиотиков и общего органического углерода из загрязненной воды любого вида. Предпочтительно способ может осуществляться непрерывно. Однако необходимо отметить, что способ может осуществляться непрерывно или полунепрерывно. В случае полунепрерывной работы вода подвергается облучению неоднократно.

Приведенные далее примеры более подробно иллюстрируют стадию фотохимически индуцированного разложения ксенобиотиков. Примеры приводятся только в целях иллюстрации и, как должно быть понятно, не ограничивают объем настоящего изобретения.

Пример 1: Разложение дихлорфоса (органофосфорного инсектицида) в очистительном устройстве с ртутной лампой низкого давления в качестве источника излучения, расположенной в трубке из синтетического кварца.

Дихлорфос относится к наружным инсектицидам, которые становятся эффективными в отношении насекомых, например, после контакта, проглатывания или ингаляции; он применяется в домашнем и сельском хозяйстве. Эта молекула скорее устойчива в водной среде с кислотным рН, и ее скорость гидролиза увеличивается с pH и температурой, приводя к образованию диметилфосфорной кислоты и дихлорацетальдегида.

Дихлорфос при первоначальной концентрации 10-3 моль/л в 350 мл воды сокращается до нуля в течение 50 минут после воздействия вакуумного ультрафиолетового излучения в комбинации с УФ-С излучением (периодический процесс, ртутная лампа низкого давления в трубке из синтетического кварца, 40 B).

Пример 2: Разложение 2,4-дигидроксибензойной кислоты в очистительном устройстве с Xe эксимерной лампой в качестве источника излучения

2,4-дигидроксибензойная кислота представляет собой продукт разложения салициловой кислоты, часто обнаруживаемой в сточных водах. Ее присутствие объясняет токсические явления с возрастающей значимостью по мере увеличения концентрации в воде. С увеличением концентраций разложение соединения становится более затруднительным.

2,4-дигидроксибензойная кислота с первоначальной концентрацией 400 мг/л в 350 мл воды сокращается до нуля в течение 70 минут после воздействия вакуумного ультрафиолетового излучения (периодический процесс, Хе эксимер, поток фотонов: Pa=(5.0±0.5)1017 фотон/с). Если бы концентрация была в 10 раз ниже, то полное разложение могло бы быть достигнуто менее чем за 10 минут.

При необходимости также могла бы применяться ртутная лампа низкого давления, окруженная трубкой из синтетического кварца, при добавлении перекиси водорода.

Пример 3: Разложение 2,3,4-тригидроксибензойной кислоты в очистительном устройстве с Xe эксимерной лампой.

2,3,4-тригидроксибензойная кислота с первоначальной концентрацией 400 мг/л в 350 мл воды сокращается до нуля в течение 60 минут, после воздействия вакуумного ультрафиолетового излучения (периодический процесс, Xe эксимер, поток фотонов: Pa=(5.0±0.5)1017 фотон/с). Если бы концентрация была в 10 раз ниже, то полное разложение могло бы быть достигнуто менее чем за 10 минут.

В данном случае также при необходимости могла бы применяться ртутная лампа низкого давления, окруженная трубкой из синтетического кварца, при добавлении перекиси водорода.

Пример 4: Разложение тринитрата глицерина в очистительном устройстве с Xe эксимерной лампой.

Тринитрат глицерина при первоначальной концентрации 1.2 г/л в 350 мл воды сокращается со скоростью 4 мг/с в условиях перманентного насыщения раствора воздухом и после воздействия вакуумного ультрафиолетового излучения (Xe эксимерная лампа, 120 B). После минерализации загрязняющий агент был полностью удален, никаких следов нитрита не было обнаружено в растворе.

В отношении общего органического углерода (ООУ), результаты также являются отличными. Любой вид загрязненной воды может быть обработан с помощью способа и устройства, описанных выше, что приводит к полному удалению ООУ в полученной очищенной воде.

1. Очистительное устройство для очистки воды, загрязненной ксенобиотиками, в концентрациях от микро- до фемтограмм на литр в промышленном масштабе, причем указанное очистительное устройство содержит
- узел фотохимического реактора (2), имеющий по меньшей мере один вход (2') для загрязненной воды и один выход (2") для очищенной воды, и обеспечивающий направление непрерывного потока воды от указанного входа (2') к указанному выходу (2"), и оборудованный по меньшей мере одним модулем источника излучения (6), обеспечивающим ультрафиолетовое излучение с длиной волны в интервале от 100 до 280 нм,
- по меньшей мере один узел мембранной фильтрации (1), содержащий гидрофильную мембрану (5), имеющую размеры пор в интервале от 0,07 мкм до 0,25 мкм со средним размером пор 0,12 мкм, и соединенный выше по ходу потока указанного узла фотохимического реактора (2) через указанный вход (2'), где пермеат, содержащий указанные ксенобиотики, проходит через фильтр и вводится в узел фотохимического реактора (2), и
- по меньшей мере одно устройство для подачи воздуха или дикислорода к воде, содержащейся в узле фотохимического реактора (2), и
- содержит по меньшей мере одно устройство для подачи перекиси водорода в узел фотохимического реактора (2),
- одну или более систем регулировки потока и/или уровня воды,
где
модуль источника излучения (6) содержит ртутную лампу низкого давления, испускающую излучение с длиной волны 185 нм и 254 нм, в качестве источника излучения, испускающего ультрафиолетовое излучение с длиной волны в интервале от 100 до 280 нм, и по меньшей мере одну охватывающую трубку, окружающую источник излучения,
указанная охватывающая трубка является по меньшей мере частично пропускающей ультрафиолетовое излучение с длиной волны в интервале от 100 до 280 нм, и
где указанная охватывающая трубка изготовлена из синтетического кварцевого материала.

2. Очистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что
по меньшей мере указанный узел фотохимического реактора (2) оборудован системой регулировки потока и/или уровня воды.

3. Очистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что
узел мембранной фильтрации (1) устанавливается для осуществления фильтрации в перекрестном потоке или тупиковой фильтрации.

4. Очистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль(и) источника излучения (6) внутри узла фотохимического реактора (2) расположен(ы) в параллельном и/или поперечном направлении по отношению к направлению потока воды от входа (2') к выходу (2").

5. Очистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что очистительное устройство содержит устройство для механической и/или химической очистки модуля(ей) источника излучения (6) и/или его компонентов.

6. Очистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что множество узлов фотохимического реактора (2) и множество узлов мембранной фильтрации (1) расположены последовательно и/или параллельно, причем узел мембранной фильтрации (1) располагается выше по ходу потока каждого узла фотохимического реактора (2).

7. Очистительное устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один резервуар, уравновешивающий потоки воды, помещенный между по меньшей мере одним узлом мембранной фильтрации (1) и узлом фотохимического реактора (2).

8. Способ удаления ксенобиотиков в концентрациях от микро- до фемтограмм на литр в воде в промышленном масштабе, применяя очистительное устройство согласно по меньшей мере одному из пп.1-7, содержащий стадии:
- подачи непрерывного потока загрязненной воды в узел мембранной фильтрации (1)
- осуществления ультрафильтрации между микро- и ультрафильтрацией с помощью гидрофильной мембраны (5), имеющей размеры пор в интервале от 0,07 мкм до 0,25 мкм со средним размером пор 0,12 мкм, таким образом удаляя суспендированные и растворенные макромолекулярные вещества из воды,
- пропускания пермеата, содержащего указанные ксенобиотики, через по меньшей мере один вход (2') в узел фотохимического реактора (2),
- воздействия на поток воды, протекающий от указанного входа (2') к указанному выходу (2"), ультрафиолетовым излучением с длинами волн в интервале от 100 до 280 нм и подачи перекиси водорода в узел фотохимического реактора (2), с образованием, таким образом, гидроксильных радикалов, инициирующих разложение указанных ксенобиотиков,
- причем добавление перекиси водорода в ходе стадии облучения приводит к усиленному образованию гидроксильных радикалов, в частности, при длине волн выше 190 нм, тогда как при длине волны в интервале от 100 до 190 нм гидроксильные радикалы образуются путем фотолиза и/или гомолиза молекул воды,
- подачи воздуха или дикислорода в воду, таким образом, усиливая инициированное окислительное разложение указанных ксенобиотиков.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что способ является двухстадийным.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что способ дополнительно содержит стадию подачи перекиси водорода в пермеат выше по ходу потока входа в узел фотохимического реактора (2) или внутри узла фотохимического реактора (2).

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что способ осуществляется
- непрерывно
или
- полунепрерывно, причем для способа, осуществляемого полунепрерывно, необходимо чтобы непрерывный поток воды неоднократно подвергался воздействию ультрафиолетового излучения посредством его рециркуляции через один или более узлов фотохимического реактора (2).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе ультрафиолетовый дезинфекции сточной и питьевой воды. Система содержит некоторое количество ультрафиолетовых излучателей (30), расположенных в трубчатых оболочках (18), которые располагаются, по существу, симметрично к продольной оси (11), также как и очищающее устройство для трубчатых оболочек (18), которое содержит следующее: по меньшей мере, одно очистительное кольцо (1) для каждой трубчатой оболочки (18), которое окружает трубчатую оболочку (18), при этом вышеуказанное, по меньшей мере, одно очистительное кольцо (1) имеет кольцо (7) скребка, упирающееся в трубчатую оболочку (18), по меньшей мере, одно приводное средство (31, 32) для приведения в движение очистительного кольца (1) в направлении продольной оси (11), питающее средство для подачи нагнетаемой жидкости под повышенным давлением от источника давления к кольцу (7) скребка.

Изобретение относится к обработке сточных вод. Наклонный горизонтальный осветлитель содержит камеру 1 подачи исходной жидкости, средство 2 для ее распределения в ламинарный поток с горизонтальными верхней и нижней кромками, корпус с наклонными продольными параллельными стенками с последовательно размещенными в нем тонкослойными модулями, днище и камеру для осветленной жидкости 9.
Изобретение может быть использовано в водоподготовке для умягчения и обезжелезивания воды в системах водоснабжения. Способ включает обработку воды, содержащей бикарбонаты кальция и магния и гидроксид железа, сорбентом в виде фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих, в мас.%, не менее 90% волокон с длиной не более 0,47 мм и не менее 50% волокон с длиной не более 0,12 мм, соляной кислотой с образованием дисперсии, которую затем обрабатывают карбонатом и гидроксидом натрия.

Изобретение относится к способам опреснения морской воды, а также засоленных подземных вод артезианских источников для бытовых и сельскохозяйственных нужд. Способ состоит в том, что для обработки заполняют водой анодную и катодную области ионистора, имеющего пористые электроды с большой внутренней поверхностью, кроме того, после заполнения водой анодного и катодного объемов ведут зарядку ионистора до напряжения меньшего, чем напряжение выделения кислорода и водорода, далее зарядку прекращают и сливают опресненную воду из полостей ионистора, после этого вновь заполняют полости электродов ионистора опресняемой водой и разряжают ионистор, накапливая электроэнергию вне ионистора, после разряда ионистора сливают рассол.

Изобретение относится к области получения воды с пониженным содержанием тяжелых изотопных видов воды из природной воды путем процессов замораживания и размораживания и может быть применено для бытовых целей.

Изобретение относится к устройствам очистки поверхностного стока и может быть использовано для очистки ливневых и талых вод с территорий городов и промышленных предприятий от взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических веществ и ионов тяжелых металлов.
Изобретение относится к области обработки промышленных и сточных вод. Способ обеззараживания сточных вод включает их обработку растворами гипохлорита, полученными в электролизере из минерализованных промышленных вод.

Изобретение относится к способам очистки жидкости от примесей. Сосуд с жидкостью помещают в скрещенные постоянные магнитное и электрическое поля.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии и обработке промышленных и бытовых сточных вод. Способ получения катализатора для очистки сточных вод от фенола включает азотирование при давлении азота 1,0-12,0 МПа предварительно измельченного ферросплава до размера частиц менее 160 мкм в режиме самоподдерживающегося фильтрационного горения и доазотирование в режиме объемного горения при давлении азота 0,15-10,0 МПа в течение 0,5-1,0 ч.

Изобретение предназначено для разделения текучей среды. В способе часть потока жидкой смеси испаряют, чтобы получить пар и обедненный поток жидкости.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к обеззараживанию жидкостей (воды, молока и т.д.). Установка содержит рабочую емкость с входным и выходным патрубками, выполненную в виде цилиндрического экранного корпуса, внутри которого коаксиально установлены перфорированная резонаторная камера и ситовый экранный корпус. На боковой поверхности экранного корпуса намотана кольцевая спираль. Рабочая емкость снабжена крышкой, на которую установлен СВЧ генераторный блок, излучатель которого направлен внутрь перфорированной резонаторной камеры. С наружной стороны боковых поверхностей цилиндрического экранного корпуса и под его нижним основанием установлены источники ультразвуковых колебаний - пьезоэлементы с ультразвуковыми генераторами. Входной и выходной патрубки рабочей емкости соединены с циркуляционным насосом, запорной арматурой и трубопроводом из увиолевого стекла, параллельно которому установлен источник ультрафиолетовых лучей. Изобретение обеспечивает обеззараживание жидких продуктов в проточном режиме комплексным воздействием физических факторов, таких как электромагнитное поле сверхвысокой частоты, бактерицидный поток ультрафиолетовых лучей и ультразвуковые колебания, при этом комплексное воздействие физических факторов уничтожает вегетативную форму микроорганизмов при меньшей температуре, чем при отдельном воздействии каждого физического фактора. 2 ил.

Изобретение относится к биоцидам. Биоцидная композиция включает 2,2-диброммалонамид и биоцид на основе изотиазолинона формулы I: где R и R1 независимо представляют собой водород, галоген или С1-С4 алкил или R и R1 вместе с атомами углерода, к которым они присоединены, образуют С4-С7 циклоалкильное кольцо или арильную группу и Y представляет собой Н, С1-С12 алкил, С3-С7 циклоалкил, арил или аралкил. Осуществляют контроль роста микроорганизмов в водной системе или системе, содержащей воду, путем обработки водной системы или системы, содержащей воду, эффективным количеством указанной композиции. Изобретение позволяет повысить эффективность обработки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 табл., 7 пр.

Изобретение предназначено для обработки и обеззараживания различных типов водных сред с целью их защиты от микроорганизмов, в частности охлаждающей воды градирен, теплообменного оборудования для предотвращения биологического обрастания теплопередающих поверхностей и других промышленных систем. Биоцидная композиция для обработки водных сред включает соединения полигексаметиленгуанидина, соединения изотиазолинона и неионогенные ПАВ. Изобретение позволяет получить композицию с высокой биоцидной активностью одновременно в отношении бактерий, грибов и водорослей. 5 табл., 9 пр.

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от катионного поверхностно-активного вещества тетрадецилтриметиламмоний бромида и может быть использовано на предприятиях легкой промышленности, машиностроения, нефтехимического и органического синтеза и переработки руд. Способ заключается в том, что в сточную воду, содержащую катионное поверхностно-активное вещество тетрадецилтриметиламмоний бромид, вводят смесь, содержащую додецилсульфат натрия, алюмокремниевый коагулянт-флокулянт и полиакриламид гранулированный сульфатный в соотношении [1]:[1-1,2:0,25-0,5:0,008-0,01], с последующим электрофлотационным извлечением из сточной воды образовавшихся соединений. Изобретение обеспечивает повышение степени электрофлотационного извлечения из сточных вод катионного поверхностно-активного вещества тетрадецилтриметиламмоний бромида. 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к электрохимической очистке воды и может быть использовано для очистки питьевой воды для загородных дач, сельских домов, не имеющих подключения к водопроводу, но расположенных близко к небольшим открытым источникам стоячей пресной воды. Воду заливают в полости пористых электродов, объемы анода и катода соединяют с помощью сквозного отверстия 9, выполненного в верхней части герметичной перегородки, пропускают электрический ток, заряжая анод и катод до напряжения меньшего, чем напряжение выделения водорода и кислорода, далее прерывают зарядку ионистора, отключая ионную связь между заполненными водой объемами пористых электродов ионистора путем сливания части воды из этих объемов, после этого разряжают заряды, накопленные на пористых аноде и катоде, сливают воду из объемов анода и катода в разные баки для хранения католита и анолита. Перед использованием хранящиеся фракции воды с разным показателем pH смешивают. Устройство состоит из корпуса ионистора 1, двух баков 7 и 8 для хранения анолита и католита, датчика уровня воды 10 в анодной или катодной емкостях, коммутатора 11, источника напряжения 12, накопителя электроэнергии 13, соединительных шлангов, вентилей, устройства управления 14, преобразователя напряжения 16, преобразователя тока 15. Технический результат - снижение энергозатрат. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам многоступенчатой обработки промышленных и оборотных маточных вод от органических и азотсодержащих загрязнителей различного происхождения и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, преимущественно в технологии очистки маточных вод синтеза токсичных и взрывоопасных соединений веществ, содержащих гидразин, азиды и этиловый спирт. Окисление гидразина проводят пероксидом водорода в маточных водах, а этиловый спирт и азид натрия в виде летучего соединения отдувают воздухом из маточных вод с последующим окислением паровоздушной смеси на катализаторе; окисление гидразина пероксидом водорода проводят при pH=10 и температуре t=60°C в течение 2 часов; перевод азида натрия в летучее соединение - азотистый водород проводят подкислением маточных вод серной кислотой до pH=1,65; отдувку этилового спирта и азотистого водорода из маточных вод воздухом проводят при температуре t=60°C, окисление паров этилового спирта и азотистого водорода проводят кислородом воздуха на алюмомеднохромовом катализаторе при температуре t=300-350°C и W=10000 ч-1. Технический зэффект - комплексная очистка маточных вод, содержащих гидразин, азид натрия и этиловый спирт, при минимальных затратах на реализацию процесса. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам для активации жидких водных сред электрохимическим способом и предназначено для приготовления в производственных условиях двух типов воды: щелочной и кислой. Промышленная установка для электрохимической обработки воды имеет несколько реакторов, разделенных по парам. Каждая пара реакторов имеет шкаф управления и силовое электрическое оборудование, систему подачи воды, сборные емкости для активированной воды, насосное оборудование для ее транспортировки и систему вентиляции. Каждый реактор объемом 200 л выполнен из диэлектрического материала, анодная и катодная камеры с электродами разделены ионопроницаемой диафрагмой, электрод анодной камеры выполнен из листа титана, свернутого в виде разрезанного цилиндра высотой 850 мм и диаметром 175-180 мм, электрод катодной камеры - из нержавеющей стали в виде разрезанного цилиндра высотой 850 мм и диаметром 275-280 мм, а ионопроницаемая диафрагма - из хлопчатобумажной фильтровальной ткани. При этом реакторы в паре включены между собой с возможностью работы по очереди - один в режиме производства электрохимической активированной воды, а другой - в режиме подготовки. Технический результат - повышение эффективности работы установки и получение в промышленных объемах активированной воды. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу борьбы с микроорганизмами в водной системе. Предлагаемый способ включает обработку водной системы эффективным количеством соединения формулы I, причем водная система содержит восстановитель в количестве по меньшей мере 10 ч/млн. В формуле (I) Х представляет собой галоген; R и R1, соответственно, представляют собой водород и амидорадикал формулы Способ позволяет эффективно бороться с микроорганизмами в водных системах в дезактивирующих условиях, создаваемых присутствием восстановителя. Изобретение относится также к применению соединения формулы (I) для борьбы с микробами в водной системе, содержащей восстановитель. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.

Изобретение относится к устройству для уменьшения момента и/или скорости турбулентной жидкости, например, в осветлителе. Может использоваться при осаждении или отделении суспендированных твердых частиц от жидкости, например, в городских системах водоочистки, очистке сока сахарного тростника или целлюлозно-бумажном производстве. Устройство для уменьшения турбулентности, вызванной потоком первой жидкости из трубы или шланга во вторую жидкость внутри резервуара. Устройство выполнено с возможностью погружения во вторую жидкость, первая и вторая жидкости могут быть одинаковыми или различными, при этом указанное устройство содержит: первую и вторую жесткие пластины, одну или более распорок, каждая из которых прикреплена как к первой пластине, так и ко второй пластине, по меньшей мере, четыре перегородки, жестко прикрепленные ко второй пластине, причем перегородки расположены симметрично относительно оси, которая проходит через центр отверстия в первой пластине и которая также перпендикулярна обеим указанным пластинам, и имеются пространства между соседними перегородками, что позволяет некоторому количеству жидкости проходить между соседними перегородками. Первая и вторая пластины имеют приблизительно одинаковые размеры и форму, за исключением того что первая пластина имеет центральное отверстие, через которое может проходить труба или шланг, так что трубу или шланг устанавливают для вывода первой жидкости в пространство между первой и второй пластинами. Распорки удерживают первую и вторую пластину в неподвижном положении друг относительно друга и параллельно друг другу. Вторая пластина выполнена с возможностью отклонения потока первой жидкости приблизительно на 90 градусов, превращая приблизительно линейный поток, который является приблизительно параллельным оси, в радиальный направленный наружу поток, который является приблизительно параллельным второй пластине, и перегородки дополнительно выполнены с возможностью: рассеивания энергии потока первой жидкости, предотвращения турбулентности на границе раздела между первой и второй жидкостями и предотвращения образования вихрей. Осветлитель для осаждения или отделения суспендированных твердых частиц от жидкости, содержащий резервуар, в котором установлено множество устройств для уменьшения турбулентности. Технический результат - повышение эффективности разделения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Способ очистки сточных вод от фенолов и нефтепродуктов может найти применение для очистки различных вод, в том числе сточных вод нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Основными операциями способа являются введение в исходную очищаемую воду коагулянта, флотация, создание водогазовой смеси, обработка высоковольтными импульсными разрядами, доокисление фенолов и нефтепродуктов. Последней операцией является доочистка на песчано-угольных фильтрах. Для обработки воды используют квазиобъемные разряды, которые подают с частотой 400-1000 имп./с периодически пачками при соотношении длительности пачки импульсов к периоду повторения пачек 0,1-0,5, что повышает эффективность способа, снижает энергозатраты. 3 ил., 2 табл., 1 пр.
Наверх