Способ очистки и деминерализации воды и устройство, осуществляющее способ

 

Способ и устройство предназначены для очистки загрязненных и морских вод и позволяют повысить эффективность очистки. Фильтр для очистки и деминерализации воды включает цилиндрический корпус, мембрану и вращающийся ротор. На мембрану подают переменное электрическое поле, нормальное к плоскости мембраны и совпадающее по направлению с направлением влагопереноса. Мембрана выполнена из триацетатной пленки. Ротор служит для удаления осадка с мембраны. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области очистки и деминерализации загрязненных речных и морских вод. Известны способы очистки и деминерализации воды методом фильтрации.

Известны мембранные фильтры для очистки питьевой воды конструкции ряда американских фирм ("Aqua pro", "Microline", "Multipure C" и др.), в которых в качестве мембраны используется прессованный вкладыш, имеющий поры, размер которых меньше размера эффективного диаметра большинства молекул загрязняющих веществ, в том числе и растворенных в воде солей и других примесей. Поскольку эффективный диаметр молекулы воды порядка 2,8 А, что меньше диаметра любой другой молекулы, кроме водорода и гелия, то через вкладыш будут проходить только молекулы воды (водорода в воде ничтожное количество, а гелия практически нет) и этим обеспечивается абсолютная чистота прошедшей через фильтр воды. Остающиеся на поверхности вкладыша молекулы загрязнений и механические примеси смываются загрязненной водой. Однако обеспечить полный смыв загрязнений, в числе которых могут быть и бактерии, прорастающие внутрь поры, практически невозможно и поэтому срок эксплуатации вкладыша ограничен и требуется достаточно частая их замена, что естественно снижает эффективность применения этих фильтров, приведенных в качестве аналогов.

По прогнозам развития техники наиболее перспективными мембранными способами являются электродиализ и обратный осмос, причем последний находит наибольшее применение за рубежом.

Способ обратного осмоса заключается в разделении раствора путем фильтрации воды через полупроницаемые мембраны, пропускающие воду и задерживающие гидратированные ионы и молекулы органических соединений [1]. Опреснение воды методом обратного осмоса происходит без фазовых превращений, энергия при этом в основном расходуется для создания давления воды. Отечественная промышленность выпускает мембраны УАМ (ультрафильтрационные ацетатные) и МГЛ (гиперфильтрационные ацетатные).

Наиболее близким аналогом заявленного способа очистки и деминерализации воды является способ очистки и деминерализации воды, заключающийся в использовании в качестве фильтрующей мембраны полимерной пленки (см. патент США N 4973408, кл. В 01 D 61/06, 1990).

Наиболее близким аналогом заявленного фильтра для очистки и деминерализации воды является фильтр, включающий цилиндрический корпус, мембрану из полимерной пленки и вращающийся ротор (см. вышеуказанный патент США).

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе очистки и деминерализации воды, заключающемся в использовании в качестве фильтрующей мембраны полимерной пленки, согласно изобретению на мембрану подают переменное электрическое поле нормально плоскости пленки, совпадающее по направлению с направлением влагопереноса. В качестве фильтрующей мембраны используют триацетатную пленку. А также тем, что в известном универсальном фильтре для очистки и деминерализации воды, включающем цилиндрический корпус, мембрану из полимерной пленки и вращающийся ротор, согласно изобретению на мембрану подается переменное электрическое поле, нормальное к плоскости мембраны, совпадающее по направлению с направлением влагопереноса, при этом ротор служит для удаления осадка с мембраны. Мембрана может быть выполнена из триацетатной пленки.

Схематично конструкция фильтра изображена на чертеже, где 1 - корпус фильтра, 2 - ротор, 3 - мембрана, 4 - металлическая ceткa, 5 - электрические подводы, 6 - трансформатор. Фильтр работает следующим образом: в цилиндрический корпус 1 фильтра внутрь пленочного цилиндра 3 поступает минерализованная вода. На металлическую сетку 4 от повышающего трансформатора подается потенциал переменного электрического поля. Проникающая через мембрану вода удаляется с наружной стороны мембраны. После образования на внутренней стороне мембраны слоя осадка, снижающего производительность фильтра, включается ротор 2, сдирающий осадок с мембраны и удаляющий ее через входное отверстие. Переменное электрическое поле подается на мембрану с помощью металлической сетки, прилегающей к поверхности мембраны.

В патенте США [1], наиболее близком аналоге предлагаемого фильтра, не используется приложение к мембране электрического поля, поэтому производительность приведенных в патенте фильтров невелика.

За счет признаков, характеризующих техническое решение по изобретению, полностью решаются проблемы, составляющие задачу изобретения. Заявляемое техническое решение может быть осуществлено промышленным способом с использованием известных технических средств и материалов. Получаемый с его использованием высокопроизводительный фильтр может быть использован в водоочистных сооружениях особенно на морских судах, и дает большой экономический эффект, поскольку может выдавать чистую, практически дистиллированную воду при весьма незначительных энергозатратах в отличие от больших энергозатрат, которые необходимы для получения деминерализованной воды путем ее дистилляции. Особенно эффективен предлагаемый фильтр в тех районах мира, где имеется морская вода, но явный дефицит пресной (Израиль. Япония, Арабские страны). Заявляемое техническое решение отвечает поэтому требованию критерия "промышленной применимости".

Заявляемое техническое решение с характеризующими его признаками является оригинальным, дающим несомненный экономический эффект, позволяющим решить проблему, сформулированную в задаче изобретения (резкое повышение производительности фильтра). Оно не вытекает очевидным образом из существующею уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательный уровень".

Пример выполнения: Проведен эксперимент с определением коэффициента влагопроницаемости триацетатцеллюлозной пленки на установке, определяющей влажностные характеристики кулонометрическим датчиком. Коэффициенты влагопроницаемости и диффузии воды через материал определялись по токовой нагрузке кулонометрического датчика. Без приложения напряжения токовая нагрузка через 6 минут после контакта пленки с водяными парами (в установившемся режиме) была 2,2 мА. После приложения электрического поля частотой 50 Гц и напряжением 500 В через тот же промежуток времени токовая нагрузка достигла 132 мА и продолжала расти, но поскольку датчик не рассчитан на такую нагрузку и недопустимо разогрелся, довести эксперимент до установившегося значения токовой нагрузки не удалось. Однако путем экстраполяции экспериментальных данных токовая нагрузка в установившемся режиме влагопереноса при приложенном напряжении и в отсутствие такового отличается в 500 - 600 раз. Таким образом, коэффициент влагопроницаемости также увеличился в 500 - 600 раз. Имея в виду, что производительность обычного фильтра обратного осмоса составляет 2-30 л/час и взяв среднюю производительность в 15 л/час, при приложении электрического поля возможно получение производительности в 7,5 тонны в час, что является производительностью уже промышленных фильтров.

ЛИТЕРАТУРА 1. Патент США 4973408, кл. B 01 D 61/06. 1990.

2. Соболев В.В. Влияние электрического поля на влажностные характеристики полярных полимеров. // Электрическая промышленность. Серия "Электротехнические материалы" Выпуск 13. 1971.

3. Доценко Н. С. Соболев В.В. Долговечность элементов радиоэлектронной аппаратуры (влияние влаги). - Ленинград. Изд. "Энергия". 1973.

Формула изобретения

1. Способ очистки и деминерализации воды, заключающийся в использовании в качестве фильтрующей мембраны полимерной пленки, отличающийся тем, что на мембрану подают переменное электрическое поле нормально плоскости пленки, совпадающее по направлению с направлением влагопереноса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фильтрующей мембраны используют триацетатную пленку.

3. Универсальный фильтр для очистки и деминерализации воды, включающий цилиндрический корпус, мембрану из полимерной пленки и вращающийся ротор, отличающийся тем, что на мембрану подается переменное электрическое поле, нормальное к плоскости мембраны, совпадающее по направлению с направлением влагопереноса, при этом ротор служит для удаления осадка с мембраны.

4. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что мембрана выполнена из триацетатной пленки.

РИСУНКИ

Рисунок 1