Установка для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією

Винахід відноситься до установок для комплексної обробки промислових, комунальних, медичних, дощових та інших стоків з метою поліпшення їх біологічних властивостей і може бути використаний для отримання води, придатної для використання. Відомі установки для очищення води з метою отримання питної води, які включають пристрої для попереднього очищення води від шкідливих і отруйних речовин, охолоджувачі води, нагрівачі і місткості для зливу конденсату. За їх складності і низької ефективності не вдається проводити очищення в проточній воді. Найближчою до пропонованої установки по кількості істотних ознак є установка для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією, що містить генератор електричних імпульсів, блок управління, місткість для очищеної води, зв'язану трубопроводом з розрядною камерою, в якій розміщені металеві гранули і електроди, які підключені до генератора електричних імпульсів Шидловский А.К., Щерба А.А., Захарченко С.Н. Перспективы применения искроэрозионной коагуляции в системах водоподготовки тепловых сетей. Журнал: Вода і водоочисні технології, № 2 (6), 2003, с. 25-31). Недоліком описаної установки є її низька ефективність, обумовлена незначною кавітацією і сонолюмінесценцією у водному розчині в розрядній камері. Це не дозволяє проводити очищення в проточній воді. Винаходом ставиться завдання розробки ефективної установки для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією в проточному режимі. Поставлене винаходом завдання досягається тим, що в установці для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією, яка містить генератор електричних імпульсів, блок управління, місткість для очищеної води, з'єднану трубопроводом з розрядною камерою, в якій розміщені металеві гранули і електроди, підключені до генератора електричних імпульсів, згідно винаходу додатково містить електроакустичний перетворювач, розташований в розрядній камері і переналагоджувальний генератор ультразвукових імпульсів, виходом підключений до електроакустичного перетворювача. Установка для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією показана на фігурі. Установка для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією складається з розрядної камери 2, виготовленої з діелектричного матеріалу. У верхній частині камери розташований патрубок 1 для подачі металевих гранул 3. Усередині розрядної камери встановлені електроди 4 і 5, підключені до генератора електричних імпульсів 6, яким керує блок управління 7. В нижній частині розрядної камери розташований патрубок 8 для прокачування водного розчину. Усередині розрядної камери 2 розташований електроакустичний перетворювач 9, підключений до переналагоджувального генератора ультразвукових імпульсів 10. Розрядна камера 2 через трубопровід 11 з’єднана з місткістю 12. Установка для очищення водних розчинів електроерозійною коагуляцією працює таким чином. Через патрубок 1 в розрядну камеру 2 подають металеві гранули 3, які розміщують рівномірним шаром на дні камери 2 біля електродів 4 і 5, підключених до генератора електричних імпульсів 6, керованого блоком 7. В розрядну камеру 2 через патрубок 8 поступає водний розчин для очищення. На електроди 4 і 5 поступають електричні імпульси від генератора 6. Під час проходження імпульсів струму через ланцюжки, що утворюються металевими гранулами, між окремими гранулами 3 і електродами 4, 5 виникають електричні розряди. При цьому, за рахунок електричної ерозії відбувається утворення коагулянтів у водному розчині. В каналах розряду температура досягає 10 тисяч градусів. При такій температурі відбувається піроліз речовин, що знаходяться у воді, утворюються оксиди і гідрооксиди того металу, гранули якого завантажені в розрядну камеру. Ці оксиди і гідрооксиди є коагулянтами, що сорбують на собі іони важких металів, органічні сполуки та ін. В якості генератора електричних імпульсів може бути використаний традиційний генератор для електроерозійної обробки металів [як приклад: А.Л. Лившиц, И.С. Рогачев, М.Ш. Отто. Генераторы импульсов. М., "Энергия", 1970, с.213]. Під дією електричних розрядів в рідкому середовищі розвиваються значні гідродинамічні сили і виникають ультразвукові хвилі, які приводять до кавітації. Для посилення кавітації на водний розчин впливають ультразвуковими коливаннями за допомогою електроакустичного перетворювача 9, на який подають імпульси від переналагоджувального генератора 10 ультразвукових імпульсів. Дію ультразвуковими коливаннями на рідину від переналагоджувального генератора 10 здійснюють на резонансній частоті. В якості переналагоджувального генератора ультразвукових імпульсів і електроакустичного перетворювача можуть бути використані традиційні ультразвукові пристрої ]як приклад: Ультразвуковые преобразователи. Под ред. Е.Кикучи, М., 1972. - 320с.]. При дії ультразвуковими коливаннями на рідину за допомогою електроакустичного перетворювача 9 кавітація посилюється, і виникає велика кількість кавітаційних пузирів, які при схлопуванні виділяють значну енергію, що руйнує сторонні включення у воді. Кавітація супроводжується сонолюмінесценцією. При кавітації ультразвукова хвиля у фазі розрідження викликає великі напруження в рідині, що приводить до локального розриву суцільного середовища і створення в ній пузирів, заповнених водяною парою і розчиненими у воді газами. Через напівперіод під дією стискаючого ефекту ультразвуку і сил поверхневого натягнення ці пузирі схлопуються. У цей момент з пузирів вириваються спалахи сонолюмінесцентного випромінювання. Випромінює світло хмарки плазми, які запалюються в центрах пузирів, що схлопуються. Швидкість схлопування пузирів рівна 1-1.5 км/сек. Надзвуковий рух породжує потужні ударні хвилі в рідині. Після того, як ударна хвиля досягає центру пузиря, вона відбивається і починає розповсюджуватися назовні. В результаті через дану точку речовини ударна хвиля проходить двічі, при цьому відбувається збільшення температури. Температура плазми при сонолюмінесценції складає десятки тисяч градусів. Спектр випромінювання при сонолюмінесценції суцільний, що росте в ультрафіолетову область. При такій високій температурі відбувається активний піроліз речовин, що знаходяться у воді, утворюються оксиди і гідрооксиди металу у всьому об'ємі рідини. Ударні хвилі і ультрафіолетове випромінювання приводить до загибелі бактерій, що знаходяться в рідині. Під дією ультразвукових хвиль відбувається акустична коагуляція, суть якої полягає в тому, що при розповсюдженні в рідині ультразвукових хвиль виникають сили, зближуючі зважені у воді частинки, що сприяє їх злипанню і, як наслідок, сприяє очищенню водних розчинів. Очищений водний розчин через трубопровід 11 поступає в місткість 12. В міру руйнування металевих гранул 3 в розрядну камеру 2 через патрубок 1 завантажують нові порції металевих гранул. Дія на водний розчин в зоні розташування металевих гранул ультразвуковими коливаннями на резонансній частоті від переналагоджувального генератора ультразвукових імпульсів 10 посилює кавітацію і поширює її на великий об'єм рідини, що підвищує ефективність очищення водного розчину, яка залишається високою навіть при великій швидкості пропускання водного розчину через шар металевих гранул. Це дозволяє ефективно проводити очищення проточної води шляхом дії на водний розчин ультразвуковими коливаннями від зовнішнього джерела.