УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА

Полезная модель относится к области водоподготовки и может быть использована в комплексной очистке питьевой воды с использованием кипящего (псевдоожиженного) слоя сорбента.
Известно устройство, [RU №2337884, МПК C02F 1/28, опубл. 2008.11.10.] включающее цилиндрический корпус, содержащий полукольцевые нерастворимые электроды, присоединенные к источнику постоянного тока, фильтрующую загрузку, размещенную в межэлектродном пространстве над поддерживающим слоем, а также трубопроводы исходной, технической, промывной и очищенной воды. Устройство оборудовано эжектором и емкостью для металлических опилок, вводимых в фильтрующую загрузку.
Недостатком данного устройства является использование большого количества трубопроводов и запорных устройств, высокие энергозатраты, высокая металлоемкость, сложность обслуживания устройства, привлечение квалифицированного персонала, сложность герметизации корпуса в местах прохождения анода и катода через корпус устройства. Возможность поражения обслуживающего персонала высоким напряжением в случае разгерметизации корпуса. Применение металлических опилок, приводит к использованию дополнительной емкости для их хранения и дозирования.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для очистки природных и сточных вод [RU №2337070, МПК C02F 9/12, C02F 1/48, опубл. 2008.10.27], которое выбрано за прототип, содержащее цилиндроконический корпус, патрубки подачи и отвода воды, компрессор, источник гидродинамических ударов для создания кипящего слоя загрузки (псевдоожиженном слое) - источник высоковольтных импульсов с анодом и катодом. В корпусе расположена гранулированная сорбционная загрузка, в виде гранул металла фракцией 1.-.5 мм и трех слоев фильтрующего материала, которая ограничена неэлектропроводными сетками.
Недостатками устройства - прототипа являются использование дорогостоящего оборудования - компрессора для подачи воздуха, генератора высоковольтного импульсного напряжения 50-100 кВ, использование токопроводящих материалов в конструкции установки, использование специальных диэлектрических изоляторов для герметизации корпуса в местах прохождения анода и катода через корпус устройства, привлечение квалифицированного персонала для обслуживания устройства и возможность попадания обслуживающего персонала под высокое напряжение в случае разгерметизации корпуса, а так же высокая металлоемкость и повышенный расход электроэнергии. Большое количество не однородных по составу, сорбционных слоев приводит к сложности обслуживания при эксплуатации устройства. Применение металлических гранул алюминия, выгораемых при эксплуатации устройства, требует дополнительной емкости для хранения.
Задачей полезной модели является создание безопасного и простого в эксплуатации устройства очистки природных и сточных вод от примесей железа и марганца.
Технический результат заключается в увеличении эффективности очистки воды, в снижении энергозатрат, металлоемкости оборудования и трудоемкости процесса очистки
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом устройстве очистки природных и сточных вод от растворимых примесей железа и марганца содержащем, как и прототип, корпус с сорбционной загрузкой, ограниченной сетками, патрубки подачи и отвода воды, источник гидродинамических ударов для создания кипящего слоя загрузки, в отличие от прототипа, источник гидродинамических ударов, выполнен в виде источника ультразвуковых колебаний, установленного на корпусе, а в качестве сорбционной загрузки в корпус помещен доломит с размером частиц 2-6 мм.
Использование воздействия ультразвука является более производительным: согласно прототипу периодичность воздействия высоковольтным разрядом на металлические гранулы составляет 0,5-2 Гц, а в предлагаемом техническом решении - 22000 Гц. В прототипе электрический разряд сопровождается образованием газового пузыря формирующего ударную волну, за счет которой происходит одновременное воздействие на воду и металлические шарики. В предлагаемом устройстве ультразвуковые волны действуют на частицы доломита, которые разрушают друг друга, что является преимуществом в водоочистке перед прототипом.
В результате использования источника ультразвуковых колебаний для создания кипящего слоя (псевдоожиженного слоя) доломита происходит упрощение установки очистки воды, так как нет необходимости использовать дорогостоящее оборудование - компрессор, источник высокого напряжения. Кроме того, замена источника высоковольтных импульсов с анодом и катодом на источник ультразвуковых колебаний позволяет не нарушать герметичности корпуса и исключить его непосредственный контакт с очищаемой водой при создании кипящего слоя. Использование ограничивающих сеток позволяет исключить попадание частиц доломита в патрубки подвода и отвода воды. Применение одного природного сорбента (доломит, фракция 2-6 мм) удешевляет процесс очистки воды от ионов железа и марганца, снижает затраты на обслуживание установки.
На фиг.1 показана схема установки очистки воды. Устройство содержит корпус 1, с установленным на поверхности источником ультразвуковых колебаний 2. К корпусу подсоединены патрубок подачи 3 и патрубок отвода воды 4. Сорбционная загрузка 5 в виде доломита, расположенная в корпусе 1, ограниченна поддерживающей сеткой 6 и задерживающей сеткой 7.
Работа устройства происходит следующим образом. Сорбционная загрузка 5 в виде доломита фракцией 2-6 мм расположена в корпусе 1 на поддерживающей сетке 6. Очищаемую воду по подающему патрубку 3 подают в корпус 1 устройства. Под воздействием источника ультразвуковых колебаний 2 частицы доломита создают кипящий слой, в котором частицы хаотично соударяются друг с другом, очищая загрязненную воду. Задерживающая сетка 7, установленная в верхней части корпуса 1, не позволяет частицам доломита, попасть в патрубок отвода воды 4.
Пример конкретного выполнения. Подвергали очистке модельные растворы железа(II), (III) и марганца (II) с исходной концентрации железа 3,62 мл/л и марганца 0,28 мл/л. В 200 мл колбу с модельными растворами засыпали доломит фракцией 2-6 мм и массой 50,21 г. Колбу с модельными растворами и сорбционной загрузкой из доломита помещали в ультразвуковую ванну с источником ультразвуковых колебаний 22 кГц, мощностью 0,15 Вт/см2. В таблице приведены данные, полученные при очистке воды в прототипе и в заявляемом устройстве. Из таблицы видно, что эффективность очистки воды от примесей в заявляемом устройстве выше, чем в прототипе.
Таблица
Загрязняющие Вещества
Концентрация, мг/л в прототипе
Эффект, %
Концентрация, мг/л в заявляемом устройстве
Эффект, %
ПДК, мл/л
До очистки
После очистки
До очистки
После очистки
Железо общее
3
0,1
96,6
3,62
0,11
96,96
0,3
Марганец
0,7
0,05
92,8
0,28
0,01
96,43
0,1