Установка для очищення води від марганцю і інших домішок

Реферат: Винахід належить до галузі очищення води, зокрема до підготовки питної води, і може бути використана для очищення питної води від марганцю і інших тонкодисперсних суспензій методом електрофоретичного фільтрування. Установка для очищення води від марганцю і інших домішок, що включає електролізер, виконаний з катодів і анодів що чергуються, і напірний фільтр, обладнаний пристроями для введення початкової води і виведення очищеної води забезпечена вузлом перемішування, розташованим між електролізером і напірним фільтром, при цьому електролізер виконаний з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпечений струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну і анодну області, вузол перемішування виготовлений у вигляді двох нерухомих протилежно спрямованих спіральних завихрювачів, а напірний фільтр обладнаний сітчастими електродами з анодно-нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару і підключеними до джерела постійної напруги. Винахід забезпечує підвищення ефективності роботи установки для очищення води від марганцю і інших домішок, тобто до досягнення зазначеного у винаході технічного результату. UA 103409 C2 (12) UA 103409 C2 UA 103409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі очищення води, зокрема до підготовки питної води, і може бути використано для очищення питної води від марганцю і інших тонкодисперсних суспензій методом електрофоретичного фільтрування. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як прототип, є фільтр-електролізер (див., наприклад, Л.А. Кульський, ПП. Строкач "Технологія очищення природних вод" - 2-е вид., перероб. і доп. - К.: Вища школа. Головне вид-во, 1986. - стор. 133-134). Фільтр-електролізер включає електрокоагулятор і напірний фільтр. У корпусі фільтра-електролізера над фільтруючим шаром, що складається з керамзиту і піску, розташований електрокоагулятор, виконаний з алюмінієвих пластин, що чергуються, і пластин з нержавіючої сталі. Фільтр обладнаний пристроями для введення початкової води і виведення очищеної. У верхній частині фільтра-електролізера розташована камера для автоматичного випуску електролітичних газів. Даний фільтр-електролізер по технічній суті й ефекту, що досягається, є найбільш близьким до установки, що заявляється, для очищення води від марганцю і інших домішок. Недоліком відомого фільтра-електролізера є його мала ефективність, обумовлена низькою якістю очищення води від марганцю і інших тонкодисперсних часток субмікронного і колоїдного розмірів. Низька якість очищення води від марганцю і інших тонкодисперсних часток субмікронного і колоїдного розмірів зв'язано з відсутністю можливості окислювання розчинного у воді двовалентного марганцю до нерозчинного у воді оксиду марганцю-4, а також з недостатнім перемішуванням анодного і катодного продуктів і появою внаслідок цього часток колоїдного розміру, у результаті чого зважені частки не цілком уловлюються на напірному фільтрі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення електрокоагуляційної установки з напірним фільтруванням шляхом окислювання розчинного у воді двовалентного марганцю до нерозчинного у воді оксиду марганцю-4, а також підвищення якості змішування анодного і катодного продуктів і накладення на процес фільтрування електричного поля. Очікуваним технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення ефективності роботи установки для очищення води від марганцю і інших домішок. Вказаний технічний результат досягається тим, що установка для очищення води від марганцю і інших домішок, що включає електролізер, виконаний з катодів і анодів, що чергуються, і напірний фільтр, обладнаний пристроями для введення початкової води і виведення очищеної. - забезпечена вузлом перемішування, розташованим між електролізером і напірним фільтром, при цьому електролізер виконаний з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпечений струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну і анодну області, вузол перемішування виготовлений у вигляді двох нерухомих протилежно спрямованих спіральних завихрювачів, а напірний фільтр обладнаний сітчастими електродами з анодно-нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару і підключеними до джерела постійної напруги. Суть пропонованого технічного рішення полягає в наступному. Оснащення установки для очищення води від марганцю і інших домішок вузлом перемішування, розташованим між ектролізером і напірним фільтром і виготовленим у вигляді двох нерухомих протилежно спрямованих спіральних завихрювачів, дає можливість ефективного перемішування поза робочою зоною електролізера анодних і катодних продуктів, що веде до додаткового окислення двовалентного марганцю до чотиривалентного, а також до знезараження оброблюваної води в усьому її об'ємі. Виконання електролізера з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і оснащення його струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну і анодну області, дозволяє: 1) повністю запобігти попаданню в очищену питну воду навіть мікрокількостей анодного матеріалу; 2) підвищити ефективність очищення води від марганцю за рахунок окислення розчинного у воді двовалентного марганцю до нерозчинного у воді оксиду марганцю-4. Устаткування напірного фільтра сітчастими анодне - нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони шару, що фільтрує, і підключеними до джерела постійної напруги, дозволяє робити додаткову коагуляцію часток субмікронного і колоїдного розміру в потенційній ямі, що створюється, сітчастими електродами. В результаті додаткової коагуляції частки укрупнюються і ефективніше затримуються при напірному фільтруванні. Окрім цього, накладення електричного поля, що створюється сітчастими електродами, підвищує швидкість протікання рідкої фази через шар, що фільтрує, за рахунок електроосмотичного видалення води з кека, що набирає. Таким чином, оснащення установки для очищення води від марганцю і інших домішок вузлом перемішування, розташованим між електролізером і напірним фільтром, при цьому виконання електролізера з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і оснащення його струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну і анодну 1 UA 103409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 області, виготовлення вузла перемішування у вигляді двох нерухомих протилежно спрямованих спіральних завихрювачів, і устаткування напірного фільтра сітчастими електродами з аноднонерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару і підключеними до джерела постійної напруги, веде до підвищення ефективності роботи установки для очищення вода від марганцю і інших домішок, тобто до досягнення вказаного у винаході технічного результату. На фіг. 1 зображений загальний вид установки для очищення води від марганцю і інших домішок, на фіг. 2 - принципова конструкція електролізера, виконаного з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпеченого струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну й анодну області, на фіг. 3 - принципова конструкція вузла перемішування, виготовленого у вигляді двох нерухомих протилежно спрямованих спіральних завихрювачів, і на фіг. 4 - принципова конструкція напірного фільтра, обладнаного сітчастими електродами з анодно-нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару і підключеними до джерела постійної напруги. Установка для очищення води від марганцю і інших домішок (фіг. 1) складається з: насоса 1, електролізера 2, вузла перемішування 3, напірного фільтра 4, джерела постійного струму 5 і з'єднаних проводів 5.1 і 5.2. Електролізер, виконаний з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпечений струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну й анодну області, (фіг. 2) складається з: графітового анода 1, сталевого катода 2, фланця струмопровідного 3, опори металевої 4, струмопідведення анодного 5, струмопідведення катодного 6, прокладок 7, фланця 8, опори пластикової 9, мембрани 10, корпуса 11 і болтів 12. Вузол перемішування, виготовлений у вигляді двох нерухомих протилежно направлених спіральних завихрювачів, (фіг. 3) складається з: фланця 1 з боку електролізера, фланця 2 з боку напірного фільтра, корпуса 3, прокладок 4, болтів 5, переднього завихрювача 6 і заднього завихрювача 7. Напірний фільтр, обладнаний сітчастими електродами з анодно-нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару, (фіг. 4) складається з: вхідного патрубка 1, переднього фланця 2, прокладки 3 переднього фланця, камери для кека 4, сітчастого анода 5, анодної прокладки 6, фільтрувальної перегородки 7, катодної прокладки 8, сітчастого катода 9, камери для очищеної води 10, прокладки 11 заднього фланця, заднього фланця 12, вихідного патрубка 13 і стяжних болтів 14. Установка для очищення води від марганцю і інших домішок (фіг. 1) працює таким чином. Вода, що містить з'єднання марганцю, заліза і інші тонкодисперсні механічні домішки, під тиском 0,2-0,5 Мпа насосами 1 зі скважин нагнітається в електролізер 2, виконаний з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпечений струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну й анодну області. На електроди електролізера 2 подають постійний електричний струм у нереверсивному режимі від джерела постійного струму 5. Під дією електричного струму в електролізері 2 протікають процеси окислювання двовалентного марганцю до чотиривалентного і знезаражування води що виділяються: а) киснем на аноді (поряд з окислюванням марганцю) і б) воднем на катоді. Після обробки в електролізері 2 вода надходить у вузол змішування 3. У вузлі змішування 3 відбувається ефективне перемішування поза робочою зоною електролізера 2 анодних і катодних продуктів. Це веде до додаткового окислювання двовалентного марганцю до чотиривалентного, а також до знезаражування оброблюваної води у всьому її обсязі. З вузла змішування 3 оброблена в електролізері 2 і ретельно перемішана у вузлі змішування 3 вода надходить у напірний фільтр 4. Напірне фільтрування здійснюють на фільтруючому шарі, заздалегідь сформованому шляхом забивання фільтротканини типу "бельтинг" гідроксидом заліза-3, просушеним гарячим повітрям при температурі 130 °C. При фільтруванні обробленою у електролізері 2 води, що містить після проходження вузла змішування 3 нерозчинні у воді суспензії у вигляді гідроксидів заліза й оксидів марганцю, відбувається додаткова коагуляція часток субмікронного і колоїдного розміру (оксиду марганцю-4 і гідроксиду заліза-3) в електричному полі, створюваному в сформованому фільтруючому шарі за допомогою джерела постійного струму 5. При цьому утворяться залізомарганцевий кек і очищена від марганцю, заліза і інших тонкодисперсних домішок питна вода. Живлення електролізера 2 і сітчастих електродів напірного фільтра 4 здійснюють від джерела постійного струму 5 через з'єднані проводи 5.1 і 5.2. Електролізер, виконаний з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпеченний струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну й анодну області, (фіг. 2) працює в такий спосіб. Вода, що нагнітається насосами, зі скважини через струмопровідний фланець 3 і отвору в металевій опорі 4 надходить у передню 2 UA 103409 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 зону графітового анода 1, закріпленого на металевій опорі 4 і пластиковій опорі 9 за допомогою болтів 12. Через передні отвори корпуса 11 частина надходить у електролізер води попадає в катодну область, що знаходиться між сталевим катодом 2 і мембраною 10, а інша частина - в анодну область, що знаходиться між графітовим анодом 1 і внутрішньою частиною корпуса 11, що має струмопровідні отвори і покритого зовні мембраною 10. У катодній області електролізера під дією, що протікає між графітовим анодом 1 і сталевим катодом 2 струми відбувається розкладання води з виділенням водню і її підлужування, а в анодній області окислення розчинного у воді марганцю-2 до нерозчинного у воді його діоксину і розчинного у воді заліза-2 до нерозчинного у воді заліза-3 з виділенням кисню і підкисленням води. Оброблена в катодній області вода через задні отвори корпуса 11 з'єднується з обробленою в анодній області електролізера водою і через отвори в пластиковій опорі 9 і фланець 8 залишає робочу зону електролізера. Вузол перемішування, виготовлений у вигляді двох нерухомих протилежно направлених спіральних завихрювачів, (фіг. 3) працює таким чином. Оброблена в робочій зоні електролізера вода через фланець 1 з боку електролізера надходить на передній завихрювач 6, укріплений між фланцем 1 і корпусом 3 за допомогою прокладок 4 і болтів 5. Що розкручується завихрювачем 6 вода надходить на задній завихрювач 7, укріплений між фланцем 2 з боку напірного фільтра і корпусом 3 за допомогою прокладок 4 і болтів 5. Завихрювач 7 розкручує воду в протилежному напрямку. І таким чином відбувається інтенсивне перемішування води, що виходить з катодної й анодної областей електролізера. Напірний фільтр, обладнаний сітчастими електродами з анодно-нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару, (фіг. 4) працює таким чином. Вода, що виходить з вузла змішування, оброблена на елекролізері, надходить через вхідний патрубок 1, закріплений на передньому фланці 2, у камеру для кека 4, що ущільнюється з вхідним фланцем за допомогою прокладки переднього фланця 3. На фільтрувальній тканині 7, у верхній частині якої розташований сітчастий анод 5, закріплений між фільтрувальною тканиною 7 і камерою для кека 4 за допомогою анодної прокладки 6, відбувається відділення зважених часток (нерозчинних у воді оксиду марганцю-4 і гідроксиду заліза-3), що накопичуються у вигляді осаду в камері для кека. Вода, що пройшла через фільтруючий шар і сітчастий катод 9, що ущільнюється катодною прокладкою 8, попадає у камеру 10 для очищеної води. З камери 10 для очищеної води остання виходить через вихідний патрубок 13, закріплений на задньому фланці 12, що ущільнюється з камерою 10 для очищеної води за рахунок прокладки заднього фланця 11. Весь напірний фільтр збирається за допомогою стяжних болтів 14. Винахід завдяки відсутності витрати реагентів на очищення води, зниженню загального солевмісту в оброблюваній воді, значному зменшенню капітальних витрат, підвищенню якості видалення з води тонкодисперсних часток субмікронного і колоїдного розмірів за рахунок накладення на процес фільтрування електричного поля, а також знезаражуючому ефектові дозволяє в порівнянні з прототипом підвищити ефективність роботи установки для очищення води від марганцю і інших домішок і знизити витрати на знезаражування води методом 3 хлорування. У результаті цього при продуктивності цеху водопостачання 10 млн. м /рік орієнтований річний ефект складе близько 2,7 млн. гривень. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Установка для очищення води від марганцю і інших домішок, що містить електролізер, виконаний з катодів і анодів, що чергуються, і напірний фільтр, обладнаний пристроями для введення початкової води і виведення очищеної води, яка відрізняється тим, що установка забезпечена вузлом перемішування, розташованим між електролізером і напірним фільтром, при цьому електролізер виконаний з нерозчинних графітових анодів і сталевих катодів і забезпечений струмопровідною мембраною, що розділяє робочий простір електролізера на катодну й анодну області, вузол перемішування виготовлений у вигляді двох нерухомих протилежно спрямованих спіральних завихрювачів, а напірний фільтр обладнаний сітчастими електродами з анодно-нерозчинного струмопровідного матеріалу, розташованими по обидві сторони фільтруючого шару і підключеними до джерела постійної напруги. 3 UA 103409 C2 4 UA 103409 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5