ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к конструкции фильтров для очистки природных и сточных вод и может быть использована в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях.
3
Известен фильтр для очистки воды, заполненный зернистым фильтрующим материалом, внутри которого расположены электрохимические источники тока (Назаров В.Д., Зенцов В.Н., Назаров М.В. Водоснабжение в нефтедобыче. - Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2010-447 с, см. с. 275). Вода фильтруется в зернистом материале в направлении сверху вниз. Фильтрующий материал расположен между двумя перфорированными дисками: анодом из алюминия и катодом из графита. Анод имеет отрицательный потенциал, катод - положительный, вследствие чего вода фильтруется против направления силовых линий электрического поля. При этом алюминий растворяется, гидролизуется и образует коагулянт AI(OH), формирующий хлопья на поверхности зернистой загрузки. Коагулянт и электрическое поле, поляризующее минеральные зерна загрузки, способствуют закреплению извлекаемых частиц на зернах фильтрующего материала. Образующийся осадок удаляется промывкой. Недостатком устройства является внутренняя коррозия стального корпуса фильтра.
Известен скорый фильтр для очистки воды (патент на ПМ 88346). Сущность устройства заключается в том, что скорый фильтр для очистки воды, включающий стальной корпус, патрубки подвода и отвода промывной воды, нижнюю дренажную систему, желоб для сбора промывной воды, фильтрующую загрузку, поддерживающий слой, согласно полезной модели в фильтрующей загрузке содержит стержневые электроды из электроотрицательных (аноды) и электроположительных (катоды) материалов в виде чередующихся рядов, причем электроды размещены в шахматном порядке. В качестве фильтрующей загрузки использован силицированный кальцит фракции 2-5 мм. Расстояние между анодами и катодами находится в интервале 187-241 мм. В качестве электроотрицательного материала использован алюминий, а в качестве электроположительного материала использован графит. Недостатками устройства являются внутренняя коррозия стального корпуса фильтра, отсутствие съема электроэнергии, образованной источником тока, невысокая эффективность очистки воды от загрязняющих веществ.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является фильтр для очистки воды (патент РФ 2466102).
Фильтр для очистки воды включает стальной корпус, заполненный фильтрующим материалом, распределительную и сборную системы подачи и распределения воды, при этом внутри фильтра параллельно стенкам корпуса размещены вертикальные чередующиеся ряды в виде замкнутых цепей из соединенных последовательно проводником электроположительных и аналогично соединенных электроотрицательных электродов с образованием электрохимических источников тока, которые снабжены вольтметрами, подключенными параллельно сопротивлениям нагрузки, при этом первый ряд электроотрицательных электродов соединен с корпусом фильтра.
Недостатком устройства является невысокая электродвижущая сила, возникающая между алюминиевыми и медными электродами, что уменьшает эффективность защиты корпуса от коррозии, уменьшает количество электроэнергии, вырабатываемой фильтрами, создает невысокий эффект очистки воды.
Задачей полезной модели является создание нового устройства фильтра для очистки воды с достижением следующего технического результата: позволяет повысить эффективность защиты от внутренней коррозии металлического корпуса, увеличить съем электроэнергии, повысить эффект очистки воды от загрязняющих веществ.
Поставленная задача решается тем, что фильтр для очистки воды включает стальной корпус, заполненный фильтрующим материалом, распределительную и сборную системы подачи и распределения воды, внутри фильтра параллельно стенкам корпуса размещены вертикальные чередующиеся ряды в виде замкнутых цепей из соединенных проводником электроположительных и электроотрицательных электродов с образованием электрохимических источников тока, нагруженных на сопротивление нагрузки. Электроотрицательные электроды выполнены из алюминия, электроположительные электроды выполнены из углеродсодержащей электродной композиции. Углеродсодержащая композиция состоит из 60 мас.% прокаленной коксовой мелочи, 8-10 мас.% пиритных хвостов хвостохранилища горно-обогатительного комбината, таллового пека - остальное. Ряд электроположительных электродов, ближе расположенных по корпусу, электрически соединен с корпусом фильтра.
На фиг. 1 представлен фильтр для очистки воды, вид сверху, на фиг. 2 - вид сбоку.
Внутри стального прямоугольного корпуса 1, заполненного фильтрующим материалом 2, например силицированным кальцитом, вертикально установлены электроположительные электроды 3 параллельно стенкам корпуса. Электроды 3 соединены последовательно проводником, образуя замкнутую цепь. Эти электроды 3 электрически соединены в нескольких местах со стальным корпусом 1, создавая положительный потенциал на корпусе. Параллельно электродам 3 вертикально установлены электроотрицательные электроды 4, соединенные последовательно проводником. Параллельно электродам 4 размещены ряды электродов 5 и 6, создающие другой электрохимический источник тока. Электрохимический источник тока, созданный электродами 3 и 4, подключен к нагрузке 7, электрохимический источник тока, созданный электродами 5 и 6, подключен к нагрузке 8. Напряжение на нагрузке контролируется вольтметром 9. Электроотрицательные электроды 4 и 6 выполнены из алюминия, электроположительные электроды 3 и 5 - из углеродсодержащей электродной композиции, состоящей из 60 мас.% прокаленной коксовой мелочи, 8-10 мас.% пиритных хвостов хвостохранилища горно-обогатительного комбината и остальное талловый пек (ТУ 13-410177-184-84). Фильтр имеет распределительную систему 10 и сборную систему 11 для подачи и распределения воды.
Фильтр работает следующим образом.
Вода распределяется равномерно по поверхности фильтра с помощью распределительной системы 10, выполненной в виде перфорированных труб. Вода фильтруется в зернистой минеральной загрузке в направлении сверху вниз. Осветленная вода отводится с помощью сборной системы 11. В фильтрующей загрузке расположены электроды 3 и 5, выполненные из электроположительного материала, и 4 и 6 из электроотрицательного материала, образующие электрохимические источники тока. С одной стороны, под действием электрохимического тока происходит катодная защита корпуса фильтра от внутренней коррозии, т.к. промышленные фильтры для очистки природных и сточных вод выполнены из стали, подверженной коррозии. С другой стороны, под действием электрохимических источников тока происходит увеличение эффекта очистки воды за счет растворения электроотрицательных электродов с образованием гидроксидов металла, являющихся коагулянтом, а также за счет поляризации зерен фильтрующего материала, что приводит к закреплению частиц загрязнений за счет электростатических сил. Вольтметр 9 позволяет фиксировать разность потенциалов между электродами, т.е. устанавливать факт работы электрохимических источников тока, влияющих на качество очистки воды.
Количество рядов электродов зависит от площади фильтра. Сопротивление нагрузок 7 и 8 позволяет осуществлять съем электроэнергии с источников тока.
Электроположительные электроды получены из нефтяной прокаленной коксовой мелочи с размером частиц 3-6 мм (60 мас.%) 8-10 мас.% пиритных хвостов хвостохранилища горно-обогатительного комбината и остальное талловый пек (ТУ 13-410177-184-84).
Предлагаемый состав подобран опытным путем и соответствует максимальной упаковке частиц, позволяющей повысить механическую прочность и исключить выделение канцерогенных веществ.
Для уменьшения величины удельного электрического сопротивления электродной композиции ввели добавки пиритных хвостов хвостохранилища горно-обогатительного комбината, содержащих высокие концентрации металлов (Таблица 1).
Предлагаемую композицию для изготовления электродов готовят следующим образом.
Нефтяную прокаленную коксовую мелочь определенного фракционного состава смешивают в обычных условиях с талловым пеком и пиритными хвостами в заданных соотношениях. Полученную массу разогревают до 60-80°C с одновременным перемешиванием. Полученную композицию загружают в специальную форму, в центре которой предварительно установлен металлический стержень. После 3 ч готовый электрод извлекают из формы.
2
2
Пример 1. Оптимизировали состав углеродсодержащей электродной композиции. За основу брали композицию из 60 мас.% коксовой мелочи и 40 мас.% таллового пека, которая позволяет получать электроды с высокой механической прочностью 400-425 кгс/см, пористостью 7-8%, удельным электрическим сопротивлением 450 Ом⋅мм/м.
Введение в состав композиции пиритных хвостов позволило уменьшить удельное сопротивление электродов.
Проводили определения удельного сопротивления электродов при концентрации кокса 60%, пиритных хвостов от 0 до 10%, остальное - талловый пек. Результаты приведены в таблице 2.
Лучший результат получен при концентрации пиритных хвостов 10 мас.%, уменьшение удельного электрического сопротивления составило 26,7%. Дальнейшее увеличение концентрации пиритных хвостов уменьшает механическую прочность электродов.
Пример 2. Проводили опыты по очистке промышленных сточных вод с минерализацией 1000 мг/л. Определяли скорость коррозии по прототипу и по изобретению. Результаты приведены в таблице 3.
На основании результатов опытов следует, что по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить съем электроэнергии с электродов, уменьшить скорость коррозии.
Пример 3. Проводили опыты по очистке природной воды от железа. Исходная концентрация железа 4,6 мг/л. Опыты проводили при скорости фильтрования 6 м/ч. Результаты опытов приведены в таблице 4.
На основании приведенных результатов следует, что по прототипу получена вода, соответствующая питьевому качеству, однако концентрация железа находится на границе допустимого значения. По предлагаемой полезной модели получено более высокое качество очищенной воды.
Технический результат заключается в повышении эффекта очистки воды.