Дезинтегратор обезжелезивания воды

 

Изобретение относится к микробной безреагентной обработке грунтовой воды от примесей железа, урана, марганца, редкоземельных элементов при их гидродобыче, при микробной безреагентной водоподготовке для питьевых нужд. Устройство содержит корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, камеру дезинтеграции с перегородкой, смеситель, микрофильтр, пресс-фильтр и сборник. Бактерии используют в качестве источника питания растворенные в воде примеси железа. Бактерии дезинтегрируют гидроударным воздействием в кольцевом канале между ротором и корпусом, выполненными с чередующимися выступами и впадинами на их цилиндрических поверхностях. Освобождающиеся при разрушении оболочек биологически активные вещества используются в качестве биостимуляторов роста и размножения железобактерий в камере дезинтеграции с абразивной зернистой иммобилизационной насадкой на провальных перфорированных перегородках с одновременной механической дезинтеграцией зернами насадки. Для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов теплом используют тепло, появляющееся в воде при трансформации скоростных и статических напоров. Устройство обеспечивает повышение степени дезинтеграции. 2 ил.

Изобретение относится к технике дезинтеграции, в том числе железобактерий, и может быть использовано при обработке воды с высоким содержанием примесей растворенного железа безреагентным микробным способом.

Известен дезинтегратор, содержащий цилиндрической корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный по оси корпуса ротор с чередующимися продольными выступами и впадинами, взаимодействующими через кольцевой канал с выступами и впадинами корпуса /патент РФ N2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1993/, недостатком которого является невысокая степень дезинтеграции, что снижает эффективность работы дезинтегратора.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что нагнетательный патрубок сообщен с раструбом улитки, плоская часть которой выполнена с отводом, перпендикулярным к плоскости улитки, а во внутренней полости отвода установлена плоская спираль, а отвод сообщен с патрубком камеры дезинтеграции, выполненной с перфорированными перегородками, образующими секции, а на провальных перфорированных перегородках размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка /АЗИН/, а под перегородками размещены патрубки нагнетателей воздуха, а нижняя часть камеры дезинтеграции патрубком сообщена смесителем, содержащим камеру смешения, сообщенную конусом со сборником воды, подлежащей обезжелезиванию, а суженная часть конуса входит в раструб двух сопряженных узкими вершинами конусов, а противоположный раструб сопряженных конусов сообщен с всасывающим патрубком дезинтегратора, причем нижняя секция камеры дезинтеграции сообщена с микрофильтром, а через него с пресс-фильтром и сборником дезинтеграта железобактерий.

Дезинтеграция усилена воздействием на железобактерии абразивной зернистой иммобилизационной насадкой, на которой образуется пленка железобактерий, прилипшая к насадке, а перемещения насадки под воздействием воздушных потоков, поступающих из нагнетателей, приводящая к сдвигу элементов насадки /объемная плотность насадки меньше плотности воды /вспученный перлит, керамзит, полистироль в смеси с керамзитом и т.д./ Отбор части воды из камеры дезинтеграции с камерой смесителя позволяет обогащать воду, подлежащую обезжелезиванию физиологически активными веществами для жизнедеятельности железобактерий, использующие растворенные примеси железа в качестве одного из источников питания.

На фиг. 1 схематически представлен дезинтегратор обезжелезивания воды; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Дезинтегратор обезжелезивания воды содержит цилиндрический корпус 1 со всасывающим 2 и нагнетательным 3 патрубками, установленный по оси корпуса 1 ротор 4 с чередующимися продольными выступами 5 и впадинами 6, взаимодействующими через кольцевой канал 7 с выступами 8 и впадинами 9 корпуса 1. Нагнетательный патрубок 3 сообщен с раструбом 10 улитки 11, плоская часть 12 которой выполнена с отводом 13, перпендикулярным к плоскости 12 улитки 11, а во внутренней полости отвода 13 установлена плоская спираль 14, а отвод 13 сообщен с патрубком 15 камеры дезинтеграции 16, выполненной с перегородками 17, образующими секции 18, а в провальных перфорированных перегородках /ППП/ 17 размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка /АЗИН/ 19, а под ППП 17 размещены патрубки 20 нагнетателей воздуха 21, а нижняя часть камеры дезинтеграции 16 патрубком 22 сообщена со смесителем, содержащим камеру смешения 23, сообщенную конусом 24 со сборником воды 25, подлежащей обезжелезиванию, а суженная часть 26 конуса 24 входит в раструб 27 двух сопряженных узкими вершинами конусов 28 и 29, а противоположный раструб 30 смесителя сопряженных конусов 28 и 29 смесителя сообщен со всасывающим патрубком 2 корпуса 1 дезинтегратора, прочем нижняя секция 18 камеры дезинтеграции 16 патрубком 22 сообщена с микрофильтром 31, а через него с пресс-фильтром 32 и сборником 33 дезинтеграта железобактерий.

Дезинтегратор обезжелезивания воды при ее безреагентной микробной обработке работает следующим образом.

Грунтовая вода из скважины с высокими концентрациями примесей железа поступает в сборник 25, под воздействием напора, создаваемого разницей высот сборника 25 и корпуса 1, а также воздействием разрежения во всасывающем патрубке 2 корпуса 1, вода с высокой скоростью истекает из суженной части 26 конуса 24 в раструб 27 сопряженных конусов 28 и 29. При истечении в зазоре между конусами 24 и 28 создается разрежение и осуществляется смешение воды из сборника 25 и камеры смешения 23, поступившей туда из патрубка 22 камеры 16 дезинтеграции, которая содержит взвешенные железобактерии и дезинтеграт железобактерий /аминокислоты, ферменты, микроэлементы, витамины/, т.е. биологическими активными веществами. Однородная смесь воды, железобактерий, дезинтеграта через раструб 30 и всасывающий патрубок 2 поступает в кольцевой канал 7 между корпусом 1 и ротором 4. При выбросе смеси из впадин 6 ротора 4 скоростной напор в кольцевом канале 7 и во впадинах 9 переходит в статический и под более высоким статическим напором смесь поступает в находящуюся под разрежением вслед идущую впадину 6. Многократные переходы скоростного напора в статический сопровождается потерей энергии напоров, и она переходит в тепловую с нагревом воды до температуры 36-38^oC, благоприятной для жизнедеятельности бактерий в камере дезинтеграции 16. При выбросе воды из впадины 6 ротора 4 в ней создается разрежение, и из воды выделяются пузырьки пара, которые конденсируются при ударе о впадину 9 корпуса 1, имеющего более низкую температуру в сравнении с температурой воды. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого он образовался и во впадинах 9 появляются пустоты, которые заполняются с гидравлическими ударами воды, сходящей с выступов 5 ротора 4. Очагами конденсации являются железобактерии, оболочки которых разрушаются, т. е. происходит дезинтеграция с освобождением в воду биологически активных веществ. При перемещении воды по улитке 11, отводу 13, между витками плоской спирали 14 происходит трение между слоями воды, между слоями воды и стенками, сопровождающееся фрикционным нагревом воды. Нагретая вода через патрубок 15 поступает в камеру 16 обезжелезивания. На АЗИН 19 ППП 17 происходит обезжелезивание пленкой бактерий, образованных на зернах АЗИН 19 /кокс, активированный уголь, вспученный перлит, керамзит, полимерные тела и т. д./. Воздух, поступающий через патрубки 20 из нагнетателей 21, создает подпор в секциях 18, и вода проваливается через А3ИН 18 и ППП 17 при достижении ее уровня в секциях 18, превышающего противодавление воздуха. Вода, проходящая через ППП 17, насыщается кислородом воздуха. На ППП 17 в слое АЗИН 19 бактерии адаптируются к примесям железа популяционно, т.е. выживают те, кто приспособился к использованию примесей железа в качестве источников питания. Следовательно, благодаря автоселекции, обусловленной высокой плодовитостью, каждые 20-30 минут происходит удвоение биомассы железобактерий, и выживают наиболее приспособленные, а неприспособленные погибают, и после дезинтеграции их биологически активные вещества являются продуктами питания для адаптированных железобактерий. При перемещении воды сверху вниз в АЗИН 19 наблюдается сукцессия, т.е. продукты жизнедеятельности бактерий, их метаболиты используются в качестве источника питания железобактериями в биопленке на зернах АЗИН 19 нижележащими секциями 18 камеры дезинтеграции. Рециркуляция части воды из патрубка 22 в камеру смещения 23 смесителя обеспечивает адаптационность для воды, поступающей из сборника 25. Воду отделяют от биомассы железобактерий в поле центробежных сил микрофильтра 31, а биомассу после механического обезвоживания в пресс-фильтре 32 из сборника 33 используют в качестве белково-витаминной добавки в корм скоту и птице.

Установка позволяет использовать огромные запасы грунтовых вод, обогащенных примесями железа для питьевых и технических нужд, при отсутствии ее загрязнения примесями реагентов, используемых при реагентной форме обезжелезивания.

Установка может быть использована при добыче из грунтовых вод урана, трансурановых элементов и т.д.

Установка эффективна при очистке шахтных вод от растворенных примесей перед сбросом их в поверхностные водоемы, при очистке вод термальных электростанций.

Подобная установка может быть использована при водоподготовке питьевой воды из водоемов без использования глинозема и хлорирования, что исключает появление в воде примесей реагентов и диоксинов, появляющихся в воде при хлорировании.

Формула изобретения

Дезинтегратор обезжелезивания воды, содержащий цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный по оси корпуса ротор с чередующимися продольными выступами и впадинами, взаимодействующими через кольцевой канал с выступами и впадинами корпуса, отличающийся тем, что нагнетательный патрубок сообщен с раструбом улитки, плоская часть которой выполнена с отводом, перпендикулярным к плоскости улитки, а во внутренней полости отвода установлена плоская спираль, отвод сообщен с патрубком камеры дезинтеграции, выполненной с провальными перфорированными перегородками, образующими секции, на провальных перфорированных перегородках размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка, а под провальными перфорированными перегородками размещены патрубки нагнетателей воздуха, нижняя секция камеры дезинтеграции патрубком сообщена со смесителем, содержащим камеру смешения, сообщенную конусом со сборником воды, подлежащей обезжелезиванию, а суженная часть конуса входит в раструб двух сопряженных узкими основаниями усеченных конусов, а противоположный раструб сопряженных конусов смесителя сообщен со всасывающим патрубком корпуса дезинтегратора, причем нижняя секция камеры дезинтеграции патрубком сообщена с микрофильтром, а через него - с пресс-фильтром и сборником дезинтеграта железобактерий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2