Устройство для люминесцентного контроля в реальном времени электрореагентной очистки природных и сточных вод

Полезная модель относится к устройствам для анализа жидких сред оптическими и акустическими средствами, а именно, к устройствам для контроля в реальном времени электрореагентной очистки природных и сточных вод по сигналу соно- и хемилюминесценции. Устройство для люминесцентного контроля в реальном времени электрореагентной очистки природных и сточных вод содержит насос для подачи водной пробы, проточную кювету, ультразвуковой генератор с излучателем и фотоэлектронный умножитель. Проточная кювета снабжена оптически прозрачным окном, входным и выходным штуцерами. Входной штуцер соединен с напорной линией насоса. Фотоэлектронный умножитель расположен за оптически прозрачным окном кюветы. В кювету через фильтр-распылитель подведена напорная линия насоса для подачи озоновоздушной смеси от генератора озона. Устройство включает ультразвуковой генератор с излучателем установлен с возможностью сонолюминисцентного воздействия на водную пробу. Полезная модель позволяет расширить функциональные возможности устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Полезная модель относится к устройствам для анализа жидких сред оптическими и акустическими средствами, а именно, к устройствам для контроля в реальном времени электрореагентной очистки природных и сточных вод по сигналу фототока соно- и хемилюминесценции.

Экологические факторы вредного воздействия на водоемы, гидробионтов, животных и человека в настоящее время определяется в первую очередь сбросом ионов тяжелых металлов, органических и неорганических продуктов деструкции от различных производств. Сочетание промышленных выбросов с хозяйственно-бытовыми и микробиологическими стоками усугубляется встречным синтезом биологически активных ядов. В результате, микрофлора, произрастающая в городских коллекторах, в биологических очистных сооружениях, в естественных водоемах, переходит в патологическую форму, что сопровождается выделением токсичных метаболитов, проникающих тел и мертвых клеток. Образование большого количества отмирающей биомассы создает условия для размножения экологически опасных количеств гнилостной и патогенной микрофлоры. Это в свою очередь приводит к патогенезу и массовому отмиранию аэробной микрофлоры и гидробионтов. В таких водоемах возникает среда, способствующая нитрификации биомассы и азотистых органических соединений, размножению синезеленых водорослей.

Образование биоценоза активного ила и сопутствующих им простейших и патогенных микроорганизмов приводит (по аналогии с синезелеными водорослями) к нитрификации и эвтрофированию водоемов вторичными токсичными метаболитами, образующимися при химическом распаде и бактериальной переработке огромного количества биомассы в аэротенках биологических очистных сооружений. Таким образом, биологические очистные сооружения при их работе на совмещенных промышленных и хозяйственно-бытовых стоках неизбежно приводят к необратимой деформации трофических цепей путем эвтрофирования или нитрификации в зависимости от условий по временам года.

Таким образом, приоритетной темой в проблеме экологической безопасности промышленных регионов является выделение ионов тяжелых металлов, взвешенных и высоко молекулярных продуктов химической и микробиологической деструкции биомассы, при условии локальной очистки и регенерации технических растворов промышленного производства. Для этого необходим постоянный контроль процесса очистки сточных и природных вод на всех стадиях ее электрореагентной обработки.

Из уровня техники известно устройство для люминесцентного контроля содержания примесей в воде, содержащее насос для подачи водной пробы, проточную кювету с оптически прозрачным окном, входным штуцером, соединенным с напорной линией насоса, и выходным штуцером, ультразвуковой генератор с излучателем и фотоэлектронный умножитель, расположенный за оптически прозрачным окном кюветы (см. патент RU 28397, кл. G01N 29/02, опубл. 20.03.2003). Недостатками известного устройства являются ограниченность ряда регистрируемых примесей и недостаточная информативность проводимого анализа.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что устройство для люминесцентного контроля в реальном времени электрореагентной очистки природных и сточных вод, содержит насос для подачи водной пробы, проточную кювету с оптически прозрачным окном, входным штуцером, соединенным с напорной линией насоса, и выходным штуцером, ультразвуковой генератор с излучателем и фотоэлектронный умножитель, расположенный за оптически прозрачным окном кюветы, причем в кювету через фильтр-распылитель подведена напорная линия насоса для подачи озоновоздушной смеси от генератора озона. К выходному штуцеру кюветы предпочтительно подключен фильтр-поглотитель озоновоздушной смеси.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства;

на фиг. 2 - кинетические кривые хода реакции озонолиза воды до электрореагентной очистки;

на фиг. 3 - то же, что на фиг. 2 после электрореагентной очистки.

Устройство для люминесцентного контроля содержания примесей в воде содержит электрореагентный реактор или емкость с водной пробой 1, насос 2 для подачи водной пробы, проточную кювету 3, ультразвуковой генератор 4 с излучателем 5, генератор озона 6 с насосом для подачи озоно-воздушной смеси 7 и фотоэлектронный умножитель 8.

Озонатор 6 является портативным проточным озонатором и представляет собой металлический цилиндр (диаметр 80 мм, длина 250 мм), снабженный штуцером для входа воздуха и штуцером для выхода озоновоздушной смеси. По оси цилиндра на металлокерамических изоляторах закреплен стальной стержень с двадцатью звездообразными электродами. При напряжении 25 кВ и объемной подаче воздуха в озонатор 1,5 л/мин содержание озона в озоновоздушной смеси составляет 4,7%.

Кювета 3 снабжена оптически прозрачным окном 9, фильтром-распылителем 10 из пористого фторопласта, входным и выходным штуцерами. Входной штуцер кюветы 3 соединен с напорной линией насоса 2 для подачи водной пробы. К выходному штуцеру кюветы 3 подключен фильтр-поглотитель озоновоздушной смеси 11. Фотоэлектронный умножитель 8 снабжен высоковольтным стабилизатором 12 и системой регистрации 13.

Озонохемилюминесцентный (ОХЛ) метод контроля суммарного содержания органического вещества в водной среде по параметру "химическое потребление кислорода" (ХПК) основан на явлении хемилюминесценции, которая возникает в водной пробе при ее взаимодействии с озоном (см. Новикова Н.В, Воронцов A.M., Никанорова М.Н, Пацовский А.П. Озонохемилюминесцентные датчики для получения оперативной информации о составе водных объектов // Известия ОрелГТУ. Серия "Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии: информационные системы и технологии", 2008. - 4-3/272 (550). - с. 79-90; Пацовский А.П., Чирва В.., Анисимова О.В. Электрореагентная очистка природных и сточных вод // Инновационные процессы в сфере сервиса: Проблемы и перспективы. Сборник научных трудов. - Спб: СПБГУСЭ, 2010. - т. III - с. 263-266). Экспериментально установлено, что интенсивность хемилюминесценции при озонолизе зависит от суммарной концентрации органических соединений в воде.

Для проведения озонохемилюминесцентного анализа содержания органических веществ в водной среде выполняется следующая процедура: из реактора 1 заливают пробу (до 100 см³) и подают ее насосом 2 с объемной подачей 50 см³/мин в проточную кювету 3. В эту же кювету шланговым насосом 7 с объемной подачей 100 см ³/мин подают озоновоздушную смесь из проточного озонатора 6. При смешении потоков жидкой пробы с потоком озоновоздушной смеси в кювете 3 возникает хемилюминесценция, интенсивность которой измеряется фотоэлектронным умножителем 8. Пропорциональный интенсивности света электрический сигнал системы регистрации 13 зависит от содержания окисляемых озоном органических соединений в пробе воды и регистрируется самопишущим потенциометром или компьютером.

Для сонолюминесцентного анализа вместо подачи озона на пробу в кювете 3 воздействуют ультразвуком от излучателя 5. Оптический отклик аналита также регистрируется с помощью фотоэлектронного умножителя 8 и системы регистрации 13.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства могут контролироваться следующие показатели:

Значения интенсивности соно- и озонохемилюминесценции, измеренные в проточной пробе очищенной сточной воды до и после прохождения электрореагентной очистки;

Значения выходного сигнала, полученного при особом режиме работы, когда насос 2 подачи пробы останавливается оператором, и происходит ее полное дожигание в кювете 3 под действием озона или под влиянием ультразвука до нулевого сигнала фототока. После чего насос 2 запускается автоматически. В случае использования озонолитического анализатора при этом производится автоматический расчет площади под кинетической кривой реакции озонолиза проб очищенной сточной воды до и после прохождения электрореагентной очистки.

Результаты при исследовании проб сточной воды до и после электрореагентной обработки, представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что происходит уменьшение содержания растворенного органического вещества в очищенной сточной воде за счет электрокатализа реакций структурирования, коагуляции и выпадения в осадок вредных веществ. Наглядно это можно увидеть на примере кинетических кривых реакции озонолиза (фиг. 2-3), полученных на установке для контроля качества воды.

Таким образом, экспериментально показано, что устройство, основанное на применении соно- или озонохемилюминесцентного воздействии на пробу способно обеспечить возможность непрерывного контроля процесса водоочистки по критерию «суммарное содержание растворенного органического вещества», как по измерению интенсивности хемилюминесценции, так и по измерению площади под кинетической кривой реакции озонолиза.

1. Устройство для люминесцентного контроля в реальном времени электрореагентной очистки природных и сточных вод, содержащее насос для подачи водной пробы, проточную кювету с оптически прозрачным окном, входной штуцер, соединенный с напорной линией насоса, выходной штуцер, ультразвуковой генератор с излучателем и фотоэлектронный умножитель, расположенный за оптически прозрачным окном кюветы, отличающееся тем, что в кювету через фильтр-распылитель подведена напорная линия насоса для подачи озоновоздушной смеси от генератора озона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к выходному штуцеру кюветы подключен фильтр-поглотитель озоновоздушной смеси.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ультразвуковой генератор с излучателем установлен с возможностью сонолюминисцентного воздействия на водную пробу.