Способ опреснения воды

 

Изобретение относится к очистке воды с использованием электрических или магнитных полей. На поток опресняемой воды одновременно воздействуют постоянным магнитным полем и акустическими волнами ультразвуковой частоты. Воздействие упругими волнами ультразвуковой частоты приводит к "разрыхлению" гидратных оболочек сольватированных ионов и к частичному или полному освобождению ионов солей от молекул воды, что резко повышает эффективность воздействия на него постоянным магнитным полем. Предложенный способ опреснения воды позволяет создать более эффективные и экономичные технические устройства для деминерализации воды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области очистки воды с использованием электрических или магнитных полей.

Известен способ выведения солей из минерализованной воды с использованием электрических или магнитных полей, при котором на ионы солей действуют или электростатические силы, или силы Лоренца, возникающие при пропускании потока минерализованной воды через постоянное магнитное поле, или их комбинация. Известны технические устройства, где используются электростатическое, постоянное магнитное поле или их комбинация [1]. Большинство известных способов и технических устройств связано с оптимизацией использования электрического и магнитного полей для выведения ионов солей из потока жидкости.

Наиболее близкой к заявляемому способу опреснения воды является последовательность операций, которая предполагает производить деминерализацию воды путем ее пропускания через постоянные электрические и магнитные поля [2]. При этом возникающая сила Лоренца и электростатическое поле, действующие на движущиеся ионы солей, способствуют пространственному разделению разнозаряженных ионов в потоке минерализованной жидкости. Разнозаряженные ионы оттягиваются из общего потока к стенкам и выводятся через специально предназначенные для этого щели в трубопроводе. После выведения ионов солей, их концентрация в общем потоке жидкости снижается, что и является целью деминерализации жидкости.

Между тем, описанная последовательность операций не лишена недостатков. Главным из них является то, что воздействие электростатическим и магнитным полями в реальных условиях потока жидкости производится не на ионы солей, а на сольваты, т.е. на комплексы, состоящие из ионов солей, окруженных оболочкой из диполей молекул воды. Сольватная оболочка ионов экранирует их заряд и утяжеляет ионы. Это резко снижает эффективность воздействия электростатического и магнитного полей на ионы солей.

Задача, на решение которой направлен заявляемый способ опреснения воды, связана с созданием более эффективной и экономической технологии деминерализации воды.

Технический результат достигается тем, что в способе опреснения воды путем разделения разнозаряженных ионов диссоциированных солей силами Лоренца, возникающими при движении ионов через силовые линии постоянного магнитного поля, на поток опресняемой воды воздействуют упругими волнами ультразвуковой частоты (УЗ-волнами). Частоту и интенсивность УЗ-волн выбирают так, чтобы сообщить максимальную энергию диполям воды, входящим в состав гидратной оболочки сольватов. При прохождении УЗ-волн через упругую среду происходит образование областей сжатия и разрежения с перепадом давления между ними в сотни атмосфер, что приводит к формированию в среде ударных волн [3]. Расчеты показывают, что действие ударных волн на гидратные оболочки ионов солей приводит к увеличению колебательных движений молекул воды в гидратных оболочках, к "разрыхлению" гидратных оболочек вокруг ионов солей и к частичному или полному освобождению ионов солей от связанных с ними молекул воды. В результате освобождения ионов от гидратных оболочек эффективность воздействия магнитного поля на них резко возрастает и становится возможным выведение ионов солей из потока минерализованной воды до любой степени деминерализании.

Частота УЗ-волн должна превышать 100 кГц, так как при меньшей частоте сильно проявляется эффект кавитации, вызывающий потери энергии и разрушительные воздействия на опреснительное устройство. Выбор конкретного значения частоты определяется параметрами реального потока минерализованной воды: вид солей, подлежащих выведению из потока, исходная концентрация солей, наличие дополнительных неорганических и органических примесей в потоке, конечная требуемая концентрация солей в деминерализованной воде. Интенсивность или плотность потока мощности УЗ-волн должна быть не менее 10⁵ Вт/м², так как при меньших интенсивностях УЗ-волн процесс "разрыхления" гидратных оболочек не будет достаточным.

На фиг. 1 проиллюстрировано состояние сольватированных ионов солей, содержащихся в потоке опресняемой жидкости, включающее ионы солей и диполи воды.

На фиг. 2 показано отторжение диполей воды от сольватированных ионов при воздействии на сольватированные ионы 3 УЗ-волн. Ионы солей, находящиеся в минерализованной воде в связанном состоянии с диполями воды, при воздействии УЗ-волн частично или полностью освобождаются от связей с диполями воды и находятся в свободном состоянии 4. Диполи воды 5 при попадании в зону действия УЗ-волн усиливают поступательно- вращательное движение и отторгаются от ионов солей.

На фиг. 3 показан процесс деминерализации воды по заявленному способу. Поток минерализованной воды 6 попадает в зону действия ультразвукового излучателя 7, получающего сигналы от ультразвукового генератора 8. Под действием УЗ-волн происходит отторжение диполей воды от ионов солей. Освобожденные от молекул воды ионы солей попадают под действие постоянного магнитного поля 9. В областях потока 10, 11, прилегающих к стенкам трубопровода, возникают зоны с повышенной концентрацией солей, которые выводятся из общего потока минерализованной воды 6 посредством ответвлений или щелей 12, 13. После отведения ионов солей через ответвления 12, 13 из общего потока 6 в уходящем потоке 14 концентрация ионов солей будет меньше, чем в приходящем потоке 6.

Применение заявленного способа в народном хозяйстве не представляет значительных трудностей, не связано с большими затратами на его осуществление и может иметь большое значение при создании новых технических устройств для опреснения воды.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 188987, кл. C 02 F 1/48, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР N 1579906, кл. C 02 F 1/48, 1987 - прототип.

3. Физический энциклопедический словарь. - М.: "Большая Российская энциклопедия", 1995, с. 780 - 782.

Формула изобретения

1. Способ опреснения воды путем разделения разнозаряженных ионов диссоциированных солей силами Лоренца, возникающими при движении ионов через силовые линии постоянного магнитного поля, отличающийся тем, что на поток опресняемой воды воздействуют упругими волнами ультразвуковой частоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту ультразвуковых волн выбирают выше 100 кГц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивность ультразвуковых волн выбирают выше 10⁵ Вт/м².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3