Способ очистки воды и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике очистки природных вод питьевого водоснабжения, сточных вод и вод в системах оборотного водоснабжения, а также к очистке воды от нефтепродуктов. Воду обрабатывают в камерах устройства, расположенных по ходу движения очищенной воды. В первой и третьей камерах размещена электромагнитная система из нерастворимых и неизолированных плоских электродов, выполненных в виде П-образных зигзагов, в пространстве которых перпендикулярно установлены плоские электроды, образующие соленоид. Такое конструктивное выполнение обеспечивает обработку воды активирующе-электродеструктивным воздействием в комплексных электрических и электромагнитных полях, взаимопересекающихся в пространстве под углом друг к другу и с различным по величине градиентом напряженности результирующих электромагнитных полей. Во второй камере обработку воды осуществляют в электрокоагуляторе с растворимыми электродами с прорезями и с изменяющейся полярностью на катоде и аноде. Приложенный потенциал на электродах электрокоагулятора равен потенциалу на клеммах нерастворимых и неизолированных электродов первой и третьей камер. Технический результат - повышение эффективности очистки природных, сточных вод и особозагрязненных промышленных стоков, а также полное устранение пассивирующих процессов на поверхности растворимых электродов в электрокоагуляторе. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технике очистки природных вод для питьевого водоснабжения, сточных вод и вод в системах оборотного водоснабжения, а также к очистке воды от нефтепродуктов, и может быть использовано для очистки особо загрязненных промышленных стоков в машиностроительной, горнодобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Известны способы очистки воды, заключающиеся в обработке ее озоносодержащим газом при однородном наложении неоднородного электрического поля со средней напряженностью и при движении потока обрабатывающей воды в направлении, перпендикулярном направлению электрического поля, в сторону уменьшения его напряженности /см. а. с. 1130533, кл. C 02 F 1/46, 1982 г./.

Известен способ очистки воды, выбранный в качестве прототипа и описанный в а. с. 1130534, кл. C 02 F 1/46, 1982 г. Этот способ включает электрообработку переменным током с использованием растворимого анода, причем электрообработку ведут в постоянном магнитном поле напряженностью 600-800 Э, вектор индукции которого перпендикулярен направлению электрического тока в обрабатываемой воде.

Известен электрокоагулятор, выбранный в качестве прототипа заявляемого технического решения /устройства/ и описанный в а.с N 994427, кл. C 02 F 1/46, 1983 г. Известный электрокоагулятор содержит корпус с размещенными в нем вертикальными пластинчатыми растворимыми электродами, подводящие и отводящие патрубки воды. Электроды выполнены с отверстиями, расположенными в соседних электродах в шахтном порядке. Под комплектом электродов расположен воздухораспределитель.

Недостатком известного способа и электрокоагулятора является малоэффективная обработка воды из-за дополнительного оборудования, для подачи и распределения воздуха, дополнительные эксплуатационные затраты по приобретению и квалифицированному уходу за данным компрессорным оборудованием, к тому же, введение воздуха в воду, перед электрокоагуляцией, вкупе с собственным газовыделением, при работе электрокоагулятора, снижает выход растворенного металла по току, данные меры, направленные на снижение образования пассивирующей пленки на электродах, недостаточно эффективны и создают дополнительные затраты, не устраняя причин образования пассивирующей пленки на поверхности электрода.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности очистки природных и сточных вод, очистки особо загрязненных промышленных стоков в машиностроительной, нефтегазодобывающей и перерабатывающей отраслях, горнодобывающей и перерабатывающей отрасли, одновременно с высокой эффективностью работы по очистке различных вод, добиться полного отсутствия пассивирующих процессов на поверхности растворимых электродов в электрокоагуляторе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки воды, включающем обработку воды в электромагнитном поле, при приложенном потенциале к растворимым электродам в электрокоагуляторе, согласно изобретению, первоначально воду повергают активирующе-электродиструктивному воздействию во взаимопересекающихся, комплексных, электрических и электромагнитных полях, при приложенном потенциале к нерастворимым и неизолированным электродам, равным потенциалу, приложенному к электродам электрокоагулятора, затем воду обрабатывают в электрокоагуляторе с растворимыми электродами с изменяющейся полярностью на катоде и аноде, после чего воду вторично подвергают активирующе-электродеструктивному воздействию в взаимопересекающихся комплексных электрических и электромагнитных полях, при приложенном потенциале к нерастворимым и неизолированным электродам, равным потенциалу, приложенному к электродам электрокоагулятора, и воду дополнительно подвергают воздействию слабым электрическим током.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для очистки воды, содержащем корпус с размещенными в нем вертикальными пластинчатыми, растворимыми электродами /катодом и анодом/ электрокоагулятора и нерастворимыми, неизолированными электродами электромагнитных систем, разделенных перегородками на камеры, футерованными электронепроводящим материалом, сообщенными между собой при помощи отверстий для протока очищаемой воды. В одной из камер размещены вертикальные, пластинчатые, растворимые электроды электрокоагулятора, на пластинчатых электродах которого выполнены прорези, и при виде на плоскость электрода он имеет вид зигзага. В других камерах, расположенных по обе стороны от первой камеры, размещены электромагнитные системы из нерастворимых и неизолированных плоских электродов. При этом одни нерастворимые и неизолированные, лентообразные, плоские электроды выполнены в виде П-образных зигзагов, в пространстве которых, как бы охватывая, перпендикулярно установлены другие нерастворимые и неизолированные вертикальные плоские электроды, которые образуют соленоид.

Именно заявленное конструктивное выполнение и их размещение в камерах устройства, по ходу движения очищаемой воды, где в первой камере размещена электромагнитная система из нерастворимых и неизолированных электродов, одних в виде П-образных зигзагов, других - вертикальных, в виде соленоида, во второй, средней, размещены растворимые, пластинчатые с прорезями электроды электрокоагулятора и в третьей камере вторично размещена электромагнитная система из нерастворимых и неизолированных электродов, одних в виде П-образных зигзагов, а других - в виде соленоида, обеспечивают согласно способу обработки воды в первой камере активирующе-электродиструктивное воздействие в комплексных электрических и электромагнитных полях в взаимопересекающихся в пространстве под углом друг к другу и с различным по величине градиентом напряженности результирующих электромагнитных полей, при приложенном потенциале к нерастворимым и неизолированным электродам, равным потенциалу, приложенному к электродам электрокоагулятора. Во второй, средней, камере обработку воды осуществляют в электрокоагуляторе с растворимыми с прорезями электродами с изменяющейся полярностью на катоде и аноде. И в третьей камере воду вторично подвергают активирующе-электродеструктивному воздействию во взаимопересекающихся в пространстве комплексных электрических и электромагнитных полях. Вышеуказанные признаки обеспечивают достижение цели изобретения, это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники аналогичные признаки в заявляемых изобретениях не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На представленных чертежах изображено заявляемое устройство: на фиг. 1 изображен разрез устройства; на фиг. 2 изображен разрез устройства в плане; на фиг. 3 изображен разрез электрокоагулятора; на фиг. 4 изображен разрез камеры 4 с электромагнитной системой; на фиг. 5 изображен фрагмент разреза электрокоагулятора с электродами; на фиг. 6 изображен блок растворимых электродов зигзагообразной формы.

Устройство для очистки воды содержит корпус 1, емкость которого разделена перегородками 2 и 3 на камеры 4, 5 и 6, подводящие 7 и отводящие 8 патрубки. Камеры 4, 5 и 6 с перегородками 2 и 3 футерованы изолирующим электронепроводящим материалом 9. В одной средней камере 5, камере электрокоагуляции, размещены вертикальные, пластинчатые, растворимые электроды 10. Электроды 10 имеют прорези 11 и при виде на плоскость листа пластинчатого электрода 10 имеют вид зигзага. Электроды 10 подключены к токосъемнику 12 специальным зажимом. В других камерах 4 и 6, расположенных по обе стороны от первой камеры 5, размещены электромагнитные системы из нерастворимых и неизолированных плоских электродов 13 и 14. Нерастворимые и неизолированные, лентообразные, плоские электроды 13 выполнены в виде П-образных зигзагов, в пространстве которых, как бы охватывая, перпендикулярно установлены нерастворимые и неизолированные плоские электроды 14, установка электродов 14 в пространстве П-образных электродов 13, образуют соленоид. Электроды 13, 14 подключены проводниками 15 к источнику питания с потенциалом, равным потенциалу, приложенному к электродам электрокоагулятора. В перегородках 2 и 3 выполнены отверстия 116 для перетока обрабатываемой воды в следующие камеры устройства.

Работает устройство следующим образом: исходная вода по патрубку 7 подается в нижнюю часть первой камеры 4, где вода в восходящем потоке проходит в пространстве, одновременно между П-образных зигзагов нерастворимых, неизолированных, металлических электродов 13 и перпендикулярно установленных в пространство между П-образных электродов, плоских металлических нерастворимых и неизолированных электродов 14, которые образуют соленоид. При приложенном потенциале к нерастворимым, неизолированным плоским электродам 13 и 14, равным потенциалу, приложенному к электродам 10 электрокоагулятора, вода подвергается активирующе-электродеструктивному воздействию в комплексных электрических и электромагнитных полях во взаимопересекающихся в пространстве, под углом друг к другу и с различным по величине, неоднородным градиентом напряженности результирующих электромагнитных полей, при отношении значения максимальной напряженности к минимальной 2 - 12. Нерастворимые и неизолированные, ленточнообразные, плоские с П-образными зигзагами электроды установлены и собраны в схему таким образом, чтобы токи, проходимые по электродам, образовывали вертикальную составляющую электромагнитного поля, а градиент вертикальной составляющей, образованного электромагнитного поля, был направлен вдоль движущейся обрабатываемой воды, вертикальные электроды 14, при прохождении по ним тока, образуют электромагнитное поле отдельного проводника и результирующее /суммарное/ поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно вектору напряженности системы электродов 13, а также перпендикулярно направлению движущейся обрабатываемой воды. Под действием целого комплекса воздействий на отдельно взятую молекулу водного раствора, с различными загрязнениями, молекула подвергается мощному деструктирующему воздействию взаимопересекающихся электромагнитных полей, совместно с целым рядом одновременно дополнительных воздействий слабых электрических токов, проходящих через объем обрабатываемой воды при ее омывании неизолированных проводников с током, протекание слабых токов в водной среде, также наводят в движущемся водном объеме дополнительные слабые электромагнитные поля, воздействующие на молекулярном микроуровне. Вследствие того, что модели водных систем практически невозможно воспроизвести повторно по всем показателям с большой точностью, происходящие в водном объеме процессы слабо изучены, или полностью не изучены. Вода с полностью измененной структурой, при обработке всем комплексом воздействий в камере 4 первичной обработки поступает в камеру 5 электрокоагулятора, в котором размещены растворимые, пластинчатые электроды 10 с выполненными в них прорезями 11, воздающими форму электрода в виде зигзага /фиг. 1 и фиг. 6/, электроды 10 установлены параллельно друг к другу с переменным знаком полярности по току. Электроды 10 установлены в пазы в изолирующей футеровке 9, расстояние между электродами 10 принято 8 - 12 мм, в зависимости от качества исходной воды. Обработанная исходная вода после выхода из камеры 4 подвергается в электрокоагуляторе новому комплексному воздействию, с одновременным растворением металла электродов 10, насыщением водного объема гидроксидом алюминия или железа /по качественной необходимости/ совместно с анодным растворением металла в объеме, на воду воздействует электромагнитное поле, образованное прохождением тока через водный объем и токами, проходящими по участкам электрода 10, имеющего прорези 11, которые создают форму зигзага, величина тока каждого участка зигзага электрода неодинакова и возрастает в арифметической прогрессии на величину тока в отдельном участке зигзага электрода, достигая максимума у токосъемника 12. Вследствие этого, градиент напряженности поля вокруг отдельно взятого участка плоского электрода и градиент напряженности поля суммы параллельных участков также не одинаков и изменяется в большую сторону в арифметической прогрессии, к точке съема тока в электроде. Такая конструкция электродов с установкой их по определенной схеме, позволяющей получать электромагнитные поля различных конфигураций и величины, дает возможность одновременно, уже в электрокоагуляторе достигать высокого эффекта очистки воды. К тому же, прорези 11 в электродах, делящие электрод на участки, позволяют при прохождении тока в одном направлении создать вокруг параллельных участков суммарное электромагнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярный направлению движения воды, объем обрабатываемой воды, при ее движении вдоль электродов, многократно обрабатывается перпендикулярным к ее движению электромагнитным полем каждого участка, суммарная величина градиента напряженности поля каждого последующего участка изменяется пропорционально, достигая максимума у токосъемника 12. К тому же, прорези в электродах позволяют обрабатываемой воде активно циркулировать, перемешиваться с объемом воды смежных участков межэлектродного пространства, при ее движении, и одновременно обрабатываться концентрированным электромагнитным полем в узком участке прорези 11, с резким возрастанием напряженности и многократным повторением этого воздействия, по количеству прорезей 11 в электроде 10. Происходит мощная ионизация в электромагнитном поле пузырька выделяющегося газа, которая способствует более глубокой очистке воды, так как обработанный газ приобретает в электромагнитном поле новые качества.

Обработанная вода в двух камерах 4 и 5 с разрушенной первоначально структурой с гидроксидом металла, как реагента, находящегося в мелкодисперсном состоянии с неполностью удаленным, частично захваченным потоком очищаемой воды газом, поступает в камеру 6, где воду вторично подвергают активирующе-электрокоагулирующему воздействию в комплексных, электрических и электромагнитных полях во взаимопересекающихся в пространстве, под углом друг к другу, и с различным по величине неоднородным градиентом напряженности результирующих электромагнитных полей, при приложенном потенциале к нерастворимым и неизолированным электродам, равным потенциалу, приложенному к электродам 10 электрокоагулятора. Под повторным комплексным воздействием в поле неизолированных плоских металлических нерастворимых электродов 13 и 14 растворенные загрязнения в объеме воды образуют на частичках гидроксида растворенного металла мощные крупные хлопья взвеси, скорость их дальнейшего осаждения резко возрастает по сравнению с обычно традиционной схемой обработки, что позволяет достигать глубокой очистки воды от трудно удаляемых веществ, которые не удаляются при обычном методе электрообработки и других используемых методах очистки. Конструктивное исполнение камер в едином корпусе 1 устройства позволяет оказывать воздействие на водные системы в непрерывном, неразрывном потоке, электрически связанном между собой через водный объем обрабатываемой воды. Все вышеперечисленные мероприятия одновременно позволяют не допускать образования на поверхности растворимого электрода 10 пассивирующего слоя карбонатных отложений, препятствующих нормальной работе электрокоагулятора. Глубокое комплексное воздействие на структуру водной системы на молекулярном уровне позволяет устройству с электрокоагулятором работать с высокой экономичностью и, при очень небольших плотностях тока, получать максимально возможный эффект очистки.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды, включающий обработку воды в электромагнитном поле при приложении потенциала к растворимым электродам в электрокоагуляторе, отличающийся тем, что первоначально воду подвергают активирующе-электродеструктивному воздействию в комплексных электрических и электромагнитных полях, взаимопересекающихся в пространстве под углом друг к другу и с различным по величине неоднородным градиентом напряженности результирующих электромагнитных полей, затем воду обрабатывают в электрокоагуляторе с растворимыми электродами и с изменяющейся полярностью на катоде и аноде, после чего воду вторично подвергают активирующе-электродеструктивному воздействию в комплексных электрических и электромагнитных полях, взаимопересекающихся в пространстве под углом друг к другу и с различным по величине неоднородным градиентом напряженности результирующих электромагнитных полей, при этом потенциал, приложенный к нерастворимым и неизолированным электродам, равен потенциалу, приложенному к электродам электрокоагулятора.

2. Устройство для очистки воды, содержащее корпус с размещенными в нем вертикальными пластинчатыми растворимыми электродами электрокоагулятора, подводящий и отводящий патрубки воды, отличающееся тем, что емкость корпуса разделена перегородками на камеры, которые сообщены между собой отверстиями для прохода воды, при этом в средней камере размещен электрокоагулятор с вертикальными пластинчатыми растворимыми электродами, в которых выполнены прорези таким образом, что при виде на плоскость электродов они имеют форму зигзага, а в других камерах, расположенных по обе стороны от средней камеры, размещены электромагнитные системы, каждая из которых выполнена из нерастворимых и неизолированных плоских электродов, причем одни нерастворимые и неизолированные плоские электроды выполнены в виде П-образных зигзагов, в пространстве которых перпендикулярно установлены другие нерастворимые и неизолированные вертикальные плоские электроды, образующие соленоид, при этом к нерастворимым и неизолированным электродам приложен потенциал, равный потенциалу, приложенному к клеммам электрокоагулятора с растворимыми электродами.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что стенки камер футерованы электронепроводящим материалом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6