Способ очистки воды от инородных включений

 

Изобретение относится к области очистки воды от нефтепродуктов, микроорганизмов и других инородных включений. Предложен способ очистки воды путем ее прокачки через установку с наполнителем с объемной скоростью 0,1-50 ч с последующей регенерацией наполнителя. В качестве наполнителя используют сегнетокерамику. Примеси удаляют регенерирующим раствором при поляризации слоя наполнителя электрическим полем с напряженностью не менее 30 В/см. по крайней мере на одной из стадий. 4 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области очистки воды от нефтепродуктов, микроорганизмов и других инородных включений.

Известен способ магнитной обработки воды, заключающийся в последовательном прохождении жидкости через одну или несколько поверхностей, содержащих намагниченные полосы с чередующейся полярностью, причем жидкость поступает на поверхности в направлении, перпендикулярном линиям намагниченности [1] Недостатком способа является невысокая эффективность, воздействие лишь на некоторые виды микроорганизмов.

Ближайшим аналогом является способ, заключающийся в многократном пропускании через сорбент жидкости со скоростью (5 7)·10^-4 м/с причем сорбент подвергнут воздействию электрического поля, напряженность которого на различных стадиях очистки возрастает на 5-25 В/см в пределах от 1 до 100 В/см с регенерацией сорбента водой в отсутствии тока [2] Недостатком способа является невысокая эффективность, приводящая к необходимости осуществлять многократную очистку жидкости при сверхнизких скоростях ее прохождения.

Задачей, стоявшей перед авторами, являлось разработка более простого, эффективного и универсального способа водоочистки от посторонних примесей, обеспечивающего неограниченный ресурс работы за счет эффективной регенерации.

Указанная задача была решена путем пропускания жидкости через емкость, заполненную материалом на основе сегнетокерамики с диэлектрической проницаемостью более 10³ которую поляризуют электрическим полем с напряженностью более чем 30 В/см, лучше 100-400.

В качестве сегнетокерамики используют гранулы на основе Nb₂O₅ (масса T-4000), на основе BaTiO₂ (масса T-10000), T-11000 и т.п. как сами по себе, так и покрытие полимерной пленкой.

Наиболее качественная очистка проводится при прокачивании жидкости с объемной скоростью до 50 ч^-1, однако оптимальные условия очистки определяются следующими соображениями.

В ходе прохождения через сегнетокерамику происходит поляризационное взаимодействие содержащихся в воде примесей, их коагуляция или коалесценция и сорбция на последующих слоях. При этом для удаления примесей достаточно осуществлять деполяризацию или поляризацию частиц полем противоположного знака или переменным полем с прокачкой чистой воды или солевым раствором, лучше в обратном направлении.

Использование меньшей напряженности поля и более высоких скоростей прокачки определяется характеристиками очищаемой среды и экономическими соображениями. Этими же соображениями определяется выбор скорости подачи жидкости.

Отличиями заявляемого способа от известных методов очистки воды являлось применение инертного сильно поляризуемого материала со слабо развитой поверхностью, обеспечивающего глубокую очистку и быструю регенерацию в условиях воздействия постоянного электрополя.

Указанное сочетание признаков в литературе, связанной с водоочисткой не описано, что свидетельствует о "новизне" способа, а в сочетании с достигаемым эффектом простотой, эффективностью системы, пригодностью для его очистки от таких разнообразных включений, как взвешенные частицы, микроорганизмы, нефтепродукты и т.п. доказывает соответствие изобретения критерию "изобретательской уровень".

Сущность и преимущества изобретения иллюстрируются примерами.

Пример 1. Воду, взятую из реки Нева в районе зимней стоянки судов с глубины 5 м, пропускали через колонку, содержащую гранулы сегнетокерамики с диэлектрической проницаемостью 11000, помещенные в постоянное электрополе напряженностью 30-400 В/см. Объем рабочей камеры составлял 1х1х50 см³, скорость подачи воды 0,5-2500 мл/ч (0,1-50 ч^-1, размер гранул 0,25-0,5 мкм.

Анализ воды осуществлялся по мутности с помощью спектрофотометра СФ-26 при λ 460 нм, а также путем высева на питательные среды с целью определения коли-индекса и общей микробной обсемененности (ОМО). Высев осуществляли помещением 0,1 мл жидкости в чашки Петри с питательными средами (эндо, мясо-пептонный агар и т.д.) и инкубацией их 24 ч при 36-38^oC.

Результаты очистки приведены в таблице 1, из которой следует, что непригодная для питья вода после указанной обработки отвечает требованиям ГОСТ 2874-82 "Питьевая вода".

Пример 2. В условиях примера 1, применяя сегнетокерамику на основе материала T 10000, покрытую пленкой поливинилпирролидона, толщиной 1000 ангстрем имитировали вариант аварийного выброса в природный водоем сточных вод, для чего использовали клеток E. coli M-17 в концентрации 2.2·10⁹ кл/мл. После проведения очистки при E=150 В/см при скорости подачи 1 ч^-1 в пробах пророста E.coli не обнаружено, что свидетельствует о полной очистке воды от микроорганизмов в данных условиях.

Пример 3. В условиях примера 2 с использованием в качестве насадки материала на основе Nb₂O₅ с диэлектрической проницаемостью 4000 и E=100 В/см прокачивалась со скоростью 1 час.^-1 искусственная смесь содержащая на 1 л водопроводной (пресной) воды 100 мг смеси нефтепродуктов, состоящей из машинного масла M-5 (10%), M-20 (10%), мазута (20%) и дизельного топлива (50% ).

Водоуглеводородная смесь гомогенизировалась с помощью магнитной мешалки и подавалась в колонку. Через каждые 30 мин пробы фильтрата анализировались с помощью лазерного спектрометра на общее содержание нефтепродуктов.

При ухудшении характеристик фильтрата через колонку в обратном направлении прокачивалась электропроводящая (т.е. раствор электролита) подсоленная вода, содержащая 1-4% NaCl или KNO₃ в течение 0,5-10 мин. Природа регенерирующего раствора на эффективность процесса практически не влияла.

Эффективность очистки воды от нефтепродуктов приведена в табл. 2 и 3.

Пример 4. В условиях примера 1 проводили очистку морской воды Финского залива от примесей нефтепродуктов. Регенерацию осуществляли 2%-ным раствором NaCl при E=100 В/см. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Как следует из приведенных данных указанный способ очистки воды от ппримесей достаточно прост и универсален. Он может быть использован для очистки воды на судах, транспортных средствах, в городских, сельских и ээкспедиционных условиях, а также для очистки различных водоемов и акваторий.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды от инородных включений, включающий стадии прокачки ее через установку, содержащую наполнитель, и последующую регенерацию наполнителя, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют сегнетокерамику, а регенерацию осуществляют регенерирующим раствором, при этом по крайней мере на одной из стадий поляризуют сегнетокерамику электрическим полем с напряженностью не менее 30 В/см².

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воду пропускают при напряженности электрического поля 30 400 В/см².

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воду пропускают с объемной скоростью 0,1 50 ч^-1.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку производят без наложения на сегнетокерамику внешнего электрического поля, а регенерацию при наложении электрического поля.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве регенерирующего раствора используют обратный поток воды или раствора солей с концентрацией 1 - 4%

РИСУНКИ

Рисунок 1