Схема обработки питьевой воды генератором холодной плазмы
Эскиз установки для дополнительной очистки водопроводной воды представлен на рисунке 6. Установка состоит из генератора холодной плазмы и дополнительного угольного (коксового) фильтра, предназначенного для нейтрализации активных частиц, которые могут остаться после обработки паров воды плазмой.
Перед подачей в генератор вода проходит фильтр, свойства которого зависят от состава и качества воды. Если вода сильно загрязнена, и содержит железо (больше 0,5 мг/л), соли жёсткости значительно больше ПДК, и др. необходимо дополнительно использовать технику, ориентированную на удаление именно этой примеси.Для водопроводной воды, соответствующей санитарным нормам, достаточно использовать песчаный фильтр. При обработке водопроводной воды подача кислорода в камеру генератора не обязательна. Принудительная подача кислорода (воздуха) желательна в случае сильного насыщения воды хлором, что происходит обычно летом в жаркую погоду. При всех условиях, подача кислорода улучшит качество воды, позволит повысить концентрацию растворенного кислорода и сделает её особенно полезной.
Рисунок 6. Эскиз установки для обработки питьевой воды холодной плазмой
вспышечного коронного электрического разряда. Цифрами на рисунке обозначены: 1 - вход обрабатываемой воды; 2 - резисторная матрица; 3 - разрядные электроды; 4 - земляной электрод; 5 - резервуар с обрабатываемой водой; 6 - выходная труба; 7 -
эжектор; 8 - всасывающая трубка; 9 - обратный воздушный клапан, через который может подаваться кислород; 10 - кислородный баллон; 11 - фильтр; 12 - кокс; 13 - выход обработанной воды.
Обрабатываемая вода по трубе 1 подается на вход эжектора 7. Если вода загрязнена механическими примесями, то на входе нужен дополнительный фильтр с пористостью 1 - 2 мкм. Если обрабатывается водопроводная вода, которая содержит хлор, то для его удаления на входе нужен песчаный фильтр, на выходе которого хлор переходит из раствора в газовую фазу.
Холодная плазма образуется в зоне разряда в насыщенном парами воды воздухе или кислороде между электродами 3 и 4 и высасывается из области разряда эжектором 7 через трубку 8. В эжекторе газ перемешивается с водой в соотношении 1:1. Водо-газовая смесь поступает в резервуар 5. Время нахождения воды в резервуаре 5 порядка 2 - 3 минут. Здесь почти все газы отделяются от воды и через разрядную полость (зазор между электродами 3 и 4) снова всасываются в эжектор. Поэтому прибольшом содержании растворённых в воде газов необходима принудительная
подача в камеру воздуха или чистого кислорода. Его количество также
определяется расходованием на окисление и уносом с потоком воды. При 3
расходе воды 0,5 м /ч подача кислорода должна быть порядка 10 л/ч. Избыточная подача кислорода недопустима, так как она приводит к выдуванию активных частиц из генератора, что будет означать снижение эффективности прибора и появление запаха озона в помещении, где находится прибор.
Неизрасходованный озон используется повторно, его концентрация в газовой фазе после включения высокого напряжения возрастает и достигает стационарной концентрации примерно через 15 минут. По мере расходования кислорода (и озона) на окисление примесей воды и унос с потоком воды в растворенном виде, давление в камере генератора уменьшается, и свежий воздух подсасывается через обратный клапан 9. Клапан представляет собой длинную трубку, через которую свободно проходит воздух, а в обратную сторону диффундирует озон. Длина трубки выбрана достаточно большой, так что озон не может утекать из камеры генератора с большой вероятностью, так как диффундирующий озон увлекается обратно засасываемым воздухом. Воздух в помещении, из которого засасывается воздух в генератор, должен быть чистым, в противном случае будет происходить вторичное загрязнение воды. Отделение газов от
воды продолжается и в трубе 6, соединяющей генератор и фильтр. В одну
сторону (вниз) через трубу идет вода, в обратную (вверх) - озоно-воздушная
смесь. Поэтому труба должна иметь большой диаметр. Растворенный в воде
2-
озон и кислород окисляют углерод, получаются карбонат-ионы CO3 . При взаимодействии этих ионов с ионами металлов, которые могут быть в воде, получаются нерастворимые соединения. В растворе остаются только карбонаты щелочных металлов. Поэтому обработанная вода часто имеет немного более щелочную реакцию, чем исходная. Отстаивание воды от выпадающих в осадок соединений можно осуществлять в промежуточной ёмкости, где будет накапливаться обработанная вода. Таким образом, уголь расходуется, однако его запаса хватит на весь срок службы прибора. Пример процесса извлечения тяжёлого металла на примере ионов меди дан в работе [13]. Этот процесс возможен в воде, имеющей достаточную жёсткость.