ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ МАГНИТОАКТИВНЫХ СОРБЕНТОВ ПО ОЧИСТКЕ ВОДЫ
LABORATORY INSTALLATION FOR TESTING SAMPLES OF MAGNETOACTIVE SORBENTS FOR WATER PURIFICATION

Изобретение относится к лабораторным установкам для испытания образцов магнитоактивных сорбентов по очистке воды, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, в частности, к технике сорбции водных сред с применением магнитной сепарации, и может быть использовано в лабораторной практике области экологии окружающей среды для проведения исследований по очистке загрязненных вод от тяжелых металлов, радионуклидов и других загрязнителей.
Известно о возможности применения магнетита в составе сорбента, позволяющее проводить извлечение загрязнителей из воды, методом магнитной сепарации. Известно применение средств магнитной сепарации при очистке гальванических сточных вод от тяжелых металлов, адсорбированных магнетитом [KR №20020080521]. Изучалась очистка воды от тяжелых металлов путем поглощения загрязнителя магнетиком и последующим удалением с применением магнитного поля [US №2005189294]. Для улучшения качества очистки сточных вод рассматривался способ магнитного отделения осадка адсорбированных магнетитом веществ [JP №52056758].
Основными недостатками вышеприведенных технологий очистки воды являются затраты, связанные с получением высококачественного магнетита и описанные устройства не применимы в лабораторной практике.
Предложен комплекс сорбционной очистки загрязненных вод [Евразийское патентное ведомство №019906 В1], состоящий из последовательно соединенных между собой трубопроводом от забора загрязненной воды до резервуара чистой воды по потоку очищаемой воды: водяного насоса; гальванокоагулятора; ультразвукового генератора; электромагнита; тонкослойного отстойника и песчаного фильтра. Загрязненная вода подвергается химической обработке водной суспензией магнетита, получаемого в гальваноаккумуляторе из железного скрапа, с последующим ультразвуковым активированием, после чего сорбированные магнетитом загрязнения в виде суспензии направляются в осветлительный фильтр, гидроциклон и далее - в резервуар чистой воды.
Указанные способ и устройство для его осуществления обладают существенными недостатками, заключающимися в том, что требуют значительных затрат на электроэнергию, не предназначены для очистки мышьяксодержащих соединений и описанные устройства не относятся к лабораторной технике.
Известно использование магнетита в качестве сорбента для удаления нефти и нефтесодержащих органических загрязняющих веществ [Патент US №376757] и масел [Патент JP №53055659] из сточных вод, как и эффективной очистки сырой воды от бактерий [Патент JP №62053785].
Одним из технических решений использования магнетита является применение его в качестве активного слоя проточных фильтров, таких как описанных в патентах [JP №11057735, JP №7232160].
Применение фильтров на основном потоке очищаемой воды приводит к нестабильности очистки вследствие накопления осадков и не позволяет достичь содержания мышьяка в очищаемой жидкости до значения ПДК.
Другим техническим решением использования магнетита в качестве сорбента является поглощение тяжелых металлов магнетитом и удаление из потока воды путем применения магнитного поля [Патент US №2005189294].
Для улучшения качества очистки сточных вод магнетит с адсорбированными веществами переводят в осадок с помощью флокулянтов и магнитным способом отделяют образовавшийся осадок [Патент JP №52056758].
К недостаткам вышеуказанных способов относятся возможность проскока сорбента, сорбтива и не позволяет достичь содержания мышьяка в очищаемой жидкости до значения ПДК, а также устройства не используются в лабораторной практике.
Известна конструкция электромагнитного сепаратора, состоящая из магнитопровода с размещенными на нем намагничивающими обмотками и рабочего канала, внутри которого расположены полиградиентные элементы, выполненные в виде цилиндрических пружин растяжения [Авт. свид. SU №1651965].
Недостатком известного электромагнитного сепаратора является низкая эффективность очистки, а также невозможность практического применения для очистки мышьяксодержащих соединений.
Известна конструкция электромагнитного сепаратора, состоящая из сердечников с размещенными на них намагничивающими катушками, верхнего и нижнего полюсов, прикрепленных к торцевым частям сердечников, полюсных наконечников, прикрепленных к одному из полюсов, рабочего канала, выполненного в виде прямоугольного желоба и установленного между полюсами, внутри которого расположен ферромагнитный концентратор, состоящий из ряда ферромагнитных пластин зубчатой формы, обращенных зубцами к верхнему полюсу, при этом зубцы выполнены трапецеидальной формы [Авт. свид. SU №1722588].
Недостатком известного электромагнитного сепаратора является низкая эффективность очистки металлопримеси в средних слоях сепарируемых жидкостей. Невозможность практического применения для очистки мышьяксодержащих соединений.
Известен способ очистки водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей по патенту (Патент RU №2194744 от 20.12.2002), из которого известно, что очищаемая жидкость подвергается процессу магнитной обработки, флотации, а затем магнитной сепарации.
Недостатки известного способа:
- магнитная обработка не позволяет эффективно идти процессу коагуляции взвешенных частиц и достичь содержания мышьяка в очищаемой жидкости до значения ПДК;
- мелкодисперсный шлам удаляется неэффективно;
- посторонние примеси не удаляются после магнитного сепаратора, а вновь смешиваются с выходящим потоком жидкости.
- не используется в лабораторной практике.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является электромагнитный сепаратор [Патент RU №2116136], включающий электромагнитную систему, состоящую из сердечника и размещенной на нем намагничивающей катушкой, ярма, прикрепленного к нижнему торцу сердечника, полюсной скобы, прикрепленной краями к ярму и охватывающей сердечник с катушкой, и рабочий канал, выполненный в виде прямоугольного желоба из немагнитного материала, установленного между нижним и верхним полюсами наконечниками, выполненными в виде ферромагнитных прямоугольных пластин с прикрепленными к верхнему торцу сердечника и полюсной скобе соответственно, и установленный внутри рабочего канала ферромагнитный концентратор, состоящий из основания, выполненного в виде плоской ферромагнитной пластины, и зубцов, зубцы выполнены в виде усеченных пирамид, размещенных на основании в шахматном порядке, обращенных вершинами к верхнему полюсу и различных по высоте в направлении, параллельном продольной оси рабочего канала.
Недостатки известной конструкции:
- по мере накопления маталлопримесей на зубцах происходит ослабление магнитного поля и существенно снижается степень очистки;
- невозможность практического применения для очистки мышьяксодержащих соединений;
- не используется в лабораторной практике.
Технической задачей настоящей полезной модели является разработка безопасного и эффективного лабораторного устройства для испытания образцов магнитоактивных сорбентов по очистке воды и в улучшении качества очистки, загрязненных соединениями мышьяка менее 0,05 мг/л, тяжелых металлов и радионуклидов с применением электромагнитной сепарации.
Заявляемая в качестве изобретения лабораторная установка, направлена на улучшение сорбционных свойств магнетика, нарабатываемого в лаборатории, на оптимизацию процессов сепарации сорбтива и, как следствие, на достижение экономически обоснованной технологии очистки загрязненных вод от мышьяка, тяжелых металлов, радионуклидов и других загрязнителей.
Сущность предложения состоит в том, что загрязненная жидкость подвергается процессам перемешивания и подогреву с магнитоактивным сорбентом, стабилизации потока жидкости, электромагнитной сепарации, коагуляции, в том числе и магнитной, седиментации, откачке очищенной воды, удалению шламовых отложений.
Указанный технический результат достигается тем, что в лабораторной установке для испытания образцов магнитоактивных сорбентов по очистке воды, содержащей стеклянной реактор с рубашкой для приготовления обрабатываемой технологической жидкости, объемом 500 мл с лопастной мешалкой, подводящим и отводящим патрубками, люками для загрузки и выгрузки магнитоактивного сорбента, вентилем, перистальтический насос с двумя всасывающими патрубками и двумя напорными патрубками, магнитный сепаратор с питающим и выходным патрубками, люком для выгрузки шлама и вентиль, емкость для очищенной воды и емкость для шлама, а также систему жидкостных коммуникаций, при этом реактор подсоединен отходящим патрубком к всасывающему патрубку перистальтического насоса, а напорным патрубком к питающему патрубку магнитного сепаратора, перистальтический насос подсоединен всасывающим патрубком к выходному патрубку магнитного сепаратора и к входному патрубку емкости для очищенной воды.
Целесообразно использовать перистальтический насос типа НП-000.000 ПС, фирмы ООО «НПО «СПЕКТРОН»» с диапазоном скорости прокачки от 1 до 5 мл/мин, питанием от сети переменного тока 220±10 В, частотой 50±1 Гц, потребляемой мощностью 30 Вт, габаритами Д×Ш×В 225×120×130, массой 3 кг.
Целесообразно использовать магнитный сепаратор для разделения жидкофазных гетерогенных систем под действием магнитного поля, выполненный из стеклянной емкости с крышкой, на которую приклеен изолятор, выполненный из парафинированного плотного картона толщиной от 0,3 до 0,5 мм.
Целесообразно магнитный сепаратор снабдить двумя катушками индуктивности для создания вокруг себя магнитного поля, обмотанных медной проволокой диаметром 0,3 мм на изолятор и зафиксированный цапун лаком, диаметром витка 100 мм, высотой каждой катушки 50 мм (80 витков каждая катушка), длиной одного витка 0,35 м, длиной проволоки катушки 28 м.
Целесообразно магнитный сепаратор снабдить входящим патрубком, выступающим глубоко в стеклянную емкость Г-образной формы, перфорированным в горизонтальной части.
Изобретение может быть осуществлено следующим образом.
Описание конструкции установки.
На фиг. 1 изображен общий вид заявляемой лабораторной установки; на фиг. 2 - разрез электромагнитного сепаратора.
Лабораторная установка состоит из стеклянного реактора 1 с рубашкой для приготовления обрабатываемой сепарируемой жидкости, объемом 500 мл с лопастной мешалкой, подводящим и отводящим патрубками, люками для загрузки и выгрузки магнитоактивного сорбента, вентилем, перистальтического насоса 2 двумя всасывающими патрубками и двумя напорными патрубками, магнитного сепаратора 3 с питающим и выходным патрубками, люком для выгрузки шлама и вентилем, емкости 4 для шлама и емкости 5 для очищенной воды, а также системы жидкостных коммуникаций 6.
При этом перистальтический насос используется типа НП-000.000 ПС, фирмы ООО «НПО «СПЕКТРОН»» с диапазоном скорости прокачки от 1 до 5 мл/мин, питанием от сети переменного тока 220±10 В, частотой 50±1 Гц, потребляемой мощностью 30 Вт, габаритами Д×Ш×В 225×120×130, массой 3 кг.
Электромагнитный сепаратор 3 выполнен из конусообразной стеклянной емкости 7 с крышкой 12 и вентилем, предназначен для разделения жидкофазных гетерогенных систем под действием электромагнитного поля, на которую приклеен изолятор 8, выполненный из парафинированного плотного картона толщиной от 0,3 до 0,5 мм, содержит две катушки индуктивности 9 для создания вокруг себя электромагнитного поля, обмотанных медной проволокой диаметром 0,3 мм на изолятор 8 и зафиксированных цапун лаком, диаметром витка 100 мм, высотой катушки 50 мм (80 витков каждая катушка), длиной одного витка 0,35 м, длиной проволоки катушки 28 м, входящий патрубок 10, выступающий глубоко в емкость Г-образной формы, перфорированной в горизонтальной части, и выходящий патрубок 11.
Лабораторная установка работает следующим образом.
В стеклянный реактор 1 через подводящий патрубок подают загрязненную воду соединениями мышьяка и через загрузочный люк загружают магнитоактивный сорбент. Включают лопастную мешалку, устанавливая ее скорость вращения до 600 об/мин, и подают в рубашку реактора 1 теплоноситель для подогрева реакционной массы «сорбент - загрязнитель», доводя температуру до 60°С. Затем включают перистальтический насос 2 и устанавливают скорость подачи загрязненной смеси. Подачу сепарируемой жидкости осуществляют через входящий патрубок 10 в нижнюю часть магнитного сепаратора 3, а намагничивающую катушку 9 подключают к источнику питания постоянного тока. Под воздействием электромагнитного поля сепарируемая жидкость делится на очищенную воду и шлам «сорбент - загрязнитель», который осаждается на дно сепаратора 3 под воздействием гравиметрической силы. При заполнении электромагнитного сепаратора 3 до необходимого уровня, очищенная вода перистальтическим насосом 2 через выходящий патрубок 11 сепаратора направляется в емкость очищенной воды 5, где накапливается для использования потребителем.
По мере накопления шлама в нижней конусообразной части сепаратора 3 осуществляется их периодическая разгрузка. С этой целью прекращается подача сепарируемой жидкости в сепаратор 3 и отключается катушка 9, после чего осуществляется выемка и удаление шлама самотеком в емкость 4.
Устойчивость работы магнитного сепаратора по очистке вод, загрязненных соединениями мышьяка, достигается балансом подачи сепарируемой жидкости в электромагнитный сепаратор, а также сбросом очищенной воды в емкость очищенной воды перистальтическим насосом. Конструкционные особенности электромагнитного сепаратора (объем, соотношение высоты и диаметра, высоты отбора очищенной воды выходным патрубком) должны обеспечивать необходимое время пребывания сепарируемой жидкости в нем.
Таким образом, заявляемая лабораторная установка позволяет эффективно подбирать образцы магнитоактивных сорбентов по очистке различных по составу загрязненных мышьяксодержащими веществами сточных вод, от анионов мышьяка с применением магнитной сепарации конгломерата «сорбент - загрязнитель» с содержанием мышьяка менее 0,05 мг/л.