ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER FILTER

Устройство относится к конструкции фильтров для очистки природных и сточных вод и может быть использовано 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 Аl(ОН), 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.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является 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. Недостатком устройства является внутренняя коррозия стального корпуса фильтра, отсутствие съема электроэнергии, образованной источником тока, невысокая эффективность очистки воды от загрязняющих веществ.
Изобретение позволяет повысить эффективность защиты от внутренней коррозии металлического корпуса, получить электроэнергию, повысить эффект очистки воды от загрязняющих веществ.
Фильтр для очистки воды включает стальной корпус, заполненный фильтрующим материалом, распределительную и сборную систему подачи и распределения воды, при этом внутри фильтра параллельно стенкам корпуса размещены вертикальные чередующиеся ряды в виде замкнутых цепей из соединенных проводником электроположительных и соединенных электроотрицательных электродов с образованием электрохимических источников тока, нагруженных на сопротивление нагрузки. Электроотрицательные электроды выполнены из алюминия, электроположительные выполнены из меди. Расстояние между электроотрицательными и электроположительными электродами равно 0,2 м ± 10%.
На фигуре 1 представлен фильтр для очистки воды. На фигуре 2 представлена конструкция электрода.
Внутри стального прямоугольного корпуса 1, заполненного фильтрующим материалом 2, например кварцевым песком, вертикально установлены электроотрицательные электроды 3 параллельно стенкам корпуса. Электроды 3 соединены последовательно проводником, образуя замкнутую цепь. Эти электроды 3 вместе со стальным корпусом 1 образуют электрохимический источник тока. Между электродами 3 и корпусом 1 подключен вольтметр 4. Параллельно электродам 3 вертикально установлены электроположительные электроды 5, аналогично соединенные проводником. Параллельно электродам 5 расположены электроотрицательные электроды 6, аналогично соединенные проводником. Между электродами 5 и 6 подключен вольтметр 7. Электроды 3, 5 и 6 представляют собой электропроводные стержни одинаковой конфигурации, нижняя часть которых расположена в диэлектрическом стакане 8. Электроотрицательные электроды 3 и 6 могут быть выполнены, например, из алюминия, электроположительные электроды 5, например, из меди. Фильтр имеет распределительную систему 9 и сборную систему 10 для подачи и распределения воды. Параллельно вольтметру 4 подключено сопротивление нагрузки 11, параллельно вольтметру 7 - сопротивление нагрузке 12. Фильтр работает следующим образом.
Вода распределяется равномерно по поверхности фильтра с помощью распределительной системы 9, выполненной в виде перфорированных труб. Вода фильтруется в зернистой минеральной загрузке в направлении сверху вниз. Осветленная вода отводится с помощью сборной системы 10. В фильтрующей загрузке расположены электроды 3, 5 и 6, выполненные из электроположительного и 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 4 позволяет фиксировать разность потенциалов между электродами 3 и корпусом, т.е. устанавливать факт защиты корпуса от коррозии. Вольтметр 7 позволяет фиксировать разность потенциалов между электродами 5 и 6, т.е. устанавливать факт работы электрохимических источников тока, влияющих на качество очистки воды.
Конфигурация замкнутых цепей электродов 3, 5 и 6 зависит от формы корпусов фильтров. Расстояние между электродами 3 и корпусом, между электродами 3 и 5, между электродами 5 и 6 равно 0,2 м±10% (Назаров М.В. Очистка природных и сточных вод с применением электрохимических методов. // Автореферат канд. дисс. Уфа. 2008. с.24). Количество цепей электродов зависит от площади фильтра. Сопротивление нагрузки 11, 12 позволяет осуществлять съем электроэнергии с источников тока.
Пример 1. Проводили опыты по очистке промышленных сточных вод с минерализацией 1000 мг/л. Определяли скорость коррозии по прототипу и по изобретению. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры фильтра
По прототипу
По изобретению
Скорость коррозии, мм/год
0,85
0,09
Съем электроэнергии с 1 м<sup>2</sup> площади электродов, Вт·час
Нет
20
На основании результатов опытов следует, что по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить степень защиты корпуса от коррозии, при этом происходит съем электроэнергии.
Пример 2. Очистке подвергали модельный раствор. В качестве замутнителя использовали бентонит в концентрации 100 мг/л. Остаточная концентрация взвешенных веществ после фильтрования в скором фильтре (прототип) и в фильтре по изобретению представлена в таблице 2.
Таблица 2
Скорость фильтрования, м/ч
6
7
8
9
10
11
12
Скорый фильтр (прототип)
3,0
3,5
4,4
9,5
14,0
18,5
23,0
Фильтр для очистки воды (по изобретению)
2,0
2,5
3,0
5,5
7,6
10,5
13,4
На основании результатов опытов следует, что по сравнению с прототипом изобретение позволяет получить более высокий эффект очистки воды от загрязняющих веществ во всем исследованном диапазоне скоростей фильтрования, в особенности при скоростях более 8 м/ч. Это объясняется тем, что при образовании внешней электрической цепи с помощью сопротивления нагрузки увеличивается ток, вырабатываемый электрохимическим источником тока, а соответственно увеличивается скорость растворения алюминиевых электродов и образования коагулянта.