CC BY
4
УДК 614.777:537.523
Э. X. Вийтмаа, Б. X. Бродская, У. Э. Кирсо, Л. К. Лээсмент
КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ НА ЗАГРЯЗНЕННЫЕ ВОДЫ
Институт химии АН Эстонской ССР, Таллин
При термической переработке топлива характерным и неизбежным является образование сточных вод, содержащих различные вредные вещества, в том числе токсичные фенолы и канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), например бенз(а)пирен (БП). Количество их в водах значительно колеблется в зависимости от способа и режима переработки и природы исходного топлива. Для очистки сточных вод среди самых различных методов широко применяют биохимическое окисление в биофильтрах или аэротенках компонентов, часто смешивая их с хозяйственно-бытовыми водами, которые в свою очередь вносят различную вредную микрофлору. Несмотря на принятые меры и технологические приемы, остаточная концентрация вредных веществ в сточных водах после очистки может значительно превышать установленные санитарные нормы, в связи с чем необходима их дополнительная глубокая доочистка от фенолов, ПАУ и разнообразной микрофлоры.
Предложены различные физические способы: УФ-облучение, электролиз, электрокоагуляция, радиолиз, ультразвук и др. [4, 5, 7, 12], воздействие которых основано на генерации в воде активных кислородсодержащих частиц, способных реагировать с органическими загрязнителями и уничтожать вредную микрофлору. Аналогичной способностью обладает ЭГ-разряд, который представляет собой электрический разряд высокого напряжения в жидкости. С применением последнего получены положительные результаты при обработке вод, содержащих фенол и ПАУ [2,3], и показано бактерицидное воздействие [6, 7, 10].
Однако описанные методы отличаются недостаточной технологичностью и экономичностью, что затрудняет их практическое применение и, кроме того, пока еще практически отсутствуют надежные эффективные способы доочистки стоков.
Разрабатываемый новый метод электрообработки жидкостей заключается в создании поверхностных (скользящих) электрических высоковольтных разрядов (ПЭВР) по поверхности раздела водной фазы и контактирующего с ней воздуха. В данном процессе по свободной поверхности обрабатываемой водной среды создается система ионизированных плазменных каналов путем последовательного прорастания скользящих разрядов, представляющих собой дискретный во времени лндерный процесс. Вблизи го-
ловки прорастающего лидера динамическое электрическое поле на несколько порядков превосходит внешнее поле электродов и благодаря этому процесс осуществляется на длинных межэлектродных промежутках при сравнительно небольшом напряжении между электродами.
Описанный метод по сравнению с жидкостным процессом оказался весьма эффективным для полного удаления из растворов как фенолов, так н БП — представителя канцерогенных ПАУ [2, 3].
Целью данной работы являлось выяснение бактерицидного воздействия поверхностных разрядов и возможности комплексной доочистки вод от органических примесей и вредной микрофлоры с помощью такой обработки.
Для получения поверхностных разрядов использовали установку, принципиальная схема которой представлена на рисунке.
Бактерицидное воздействие ПЭВР проверено в вертикальном цилиндрическом реакторе (диаметром 420 мм) из нержавеющей стали вместимостью (по обрабатываемому стоку) 10 л. Потенциальный электрод вводили по оси реактора, а нулевым электродом служили стенки сосуда. Плазменные потоки (при одном разряде 6—8) развивались от центрального (потенциального) электрода к стенкам реактора по контактирующей с воздухом поверхности жидкости.
В данном реакторе проведены разряды и в жидкости (межэлектродное расстояние 15 мм) с соблюдением одинаковых электрических параметров: напряжение 30 кВ, разрядная емкость
Блок-схема экспериментальной установки.
1 — источник высокого напряжения: 2 —батарея конденсаторов: 3 — блок управления и синхронизации: 4 — генератор стандартных сигналов: 5 — электронный осциллограф; 6 — делитель напряжения; 7 —шунт; « — реактор; 9 — катодный повторитель: 10 — фотоумножитель; 11 — монохроматор; 12 — сверхскоростная фотокамера.
3 мкФ. Результаты исследований свидетельствуют о значительной эффективности ПЭВР: после 10 поверхностных разрядов (0,6 Дж/мл) погибали 99,8% (вместо 81,4% при ЭК-разря-дах) гетеротрофных бактерий, 99,7 % (40 %) Е. coli и 96,1 % (8,5%) энтерококков. После 25 поверхностных разрядов (1,5 Дж/мл) достигнуто снижение количества бактерий до установленных санитарных норм для сброса таких вод в водоемы хозяйственно-питьевого водопользования при удельном расходе электроэнергии 0,45 кВт-ч/м3. При жидкостном разряде такой уровень не достигался даже после подачи 75 разрядов.
Возможности ПЭВР этим не ограничиваются. Применением реактора другой конструкции — трубчатого сосуда из винипласта с внутренним диаметром 70 мм и длиной 1 м, заполненного обрабатываемой водой наполовину (1,7 л),—достигнут также значительный бактерицидный эффект— большая доля микрофлоры погибает уже при подаче всего 2 разрядов.
Для выяснения комплексного воздействия поверхностных разрядов проведены эксперименты с реальными промышленными стоками двух сланцеперерабатывающих предприятий после очистки этих стоков на биофильтрах и в аэро-тенках. Стоки содержали остаточные фенолы, БП и бактериальную микрофлору. Эксперименты проведены тоже в винипластовом реакторе.
Результаты опытов показали, что применением ПЭВР достигается комплексная доочистка стоков как от химических загрязнителей двух важных классов (фенолов и канцерогенных ПАУ), так и от вредных микробов. При этом затраты энергии небольшие: 1 —1,2 кВт-ч/м3 для высокой очистки и 2,5—3 кВт-ч/м3 для полной очистки и стерилизации.
Такой эффект от поверхностных разрядов, по нашему мнению, обусловлен тем, что происходит мощная генерация активных частиц — свободных радикалов типа НО , НОг, а также синглетного кислорода, атомарного триплетного кислорода (озона) на граничной поверхности, каждый из которых в отдельности способен окислять фенолы и ПАУ по свободнорадикальному механизму. Кроме того, бактерицидные свойства таких кислородсодержащих частиц обусловливают и уничтожение всех испытанных вредных микробов. Ранее нами выяснено, что в ПЭВР основным действующим фактором является мощный световой импульс (фотоэффект), который более ярко выражен, чем электро-гидравличе-ский эффект [1]. Таким образом, можно полагать, что в данном случае основным действующим агентом является атомарный триплетный кислород и процесс близок к озонолизу. Последний метод обладает известным преимуществом перед хлорированием, радиолизом, фотолизом
и др. и, по мнению П. Е. Шкодича [11], может быть рекомендован для глубокой доочистки стоков.
Следовательно, на основе полученных данных можно рекомендовать метод ПЭВР для комплексной доочистки стоков, содержащих как химические вещества (фенолы и канцерогены), так и патогенные бактерии. Для использования этих вод в оборотном цикле необходимо снизить содержание БП до санитарных норм (ПДК I 5-10~6 мг/л), фенолов —до 10—15 мг/л (небольшие количества их в воде ингибируют коррозию аппаратуры) [9] и дезинфекцию (в противном случае отмечается зарастание аппаратуры биомассой) [8].
Полученные результаты дают положительный I ответ на вопрос о возможности одновременного обеззараживания и деградации вредных примесей в фенольных водах после их биологической очистки и использования таких вод в замкнутом водообороте.
Выводы. 1. Процесс ПЭВР оказывает сильное бактерицидное действие, значительно превышающее ЭГЭ и не зависит от колебаний инициального заражения воды.
2. ПЭВР оказывают комплексное воздействие на загрязненные воды, в результате чего возможно одновременно очищать воды от органических загрязнителей и бактериальной микрофлоры.
3. Данный процесс может быть использован при различных вариантах очистки загрязненных вод, в том числе для направления их в замкнутый водооборот.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бродская Б. X. — В кн.: Электронная обработка материалов. Кишинев, 1979, № 2, с. 45—50.
2. Бродская Б. X., Кирсо У. Э., Паальме Л. П. — Изв. АН ЭССР. Хим. геол., 1977, т. 26, № 3, с. 228—230.
3. Бродская Б. X., Паальме Л. П., Губергриц М. Я. — В кн.: Окисление канцерогенных полнциклических углеводородов производных бенз(а)пирена. Таллин, 1978, с. 57—61.
4. Грановский М. Г., Лавров И. С., Смирнов О. В. Электрообработка жидкостей. Л., 1976.
5. Долин П. И., Шубин В. И., Брусенцева С. А. Радиационная очистка воды. М., 1973.
6. Жук Е. М. — Микробиология, 1971, т. 48, № 1, с. 99— 103.
7. Зарубин Г. П., Новиков Ю. В. Современные методы очистки и обеззараживания питьевой воды. М., 1976.
8. Кузуб В. К., Метсик Р. Э. — Горючие сланцы, 1977, № 1, с. 31—36.
9. Тюрксон X. Р., Метсик Р. Э. — Там же, 1978, № 3, с. 31—35.
10. Черкинский С. А., Яковлева Г. П., Мельникова А. И. и др. — Гиг. и сан., 1976, № 2, с. 7—10.
11. Шкодич П. £.— Там же, 1975, № I, с 13.
12. Эльпнер И. Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. М., ¡963.
Поступила 13.11.82
