Способ активной деманганации жидкости и устройство для его осуществления

 

Изобретения относятся к очистке подземных вод от железа и марганца и могут быть использованы для водоснабжения населенных пунктов, отдельных объектов и сельскохозяйственных комплексов. Предлагаемый способ включает вакуумирование и смешение потока жидкости путем диспергирования с окислителем, подачу полученной газожидкостной смеси в корпус с незатопленной фильтрующей загрузкой и последующий раздельный отвод очищенной жидкости и газа, причем поток жидкости перед вакуумированием разделяют и направляют через соответствующие вакуумные распылительные головки. Вакуумные зоны распылительных головок сообщают между собой. Подача окислителя в сообщающуюся вакуумную зону осуществляется за счет самовсасывания, и далее происходит процесс интенсивного перемешивания или реагирования с очищаемой жидкостью. Подача в качестве окислителя озоновоздушной смеси обеспечивает в короткоцикловом массообмене окисление органических и неорганических трудноокисляемых веществ. Предложенное устройство содержит корпус с фильтрующей загрузкой, патрубок для подачи жидкости, снабженный соплом с насадком Вентури и расположенным концентрично с внешней стороны сопла смесителем, выполненным в виде присоединенных к последнему цилиндров с калибровочными отверстиями и с последовательно увеличивающимся диаметром и длиной, и патрубок для отвода очищенной воды и газа. Патрубок подачи жидкости снабжен распределителем потока жидкости с выходными участками, каждый из которых соединен с соплом с насадком Вентури, а смесители размещены в замкнутых зонах, сообщенных между собой вакуумной линией, которая соединена с дополнительным патрубком подвода окислителя. Предлагаемыми изобретениями решается задача совместного удаления из жидкости как неорганических трудноокисляемых веществ (марганца), так и органических (фенола, гуминовых соединений, фульвокислот). 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретения относятся к очистке подземных и поверхностных вод от железа и марганца, могут быть использованы для водоснабжения городов, населенных пунктов, отдельных объектов и сельскохозяйственных комплексов.

Известен аэрационный способ очистки подземных вод от железа, находящегося в воде в форме бикарбоната закиси железа, заключающийся в том, что в подлежащую обезжелезиванию воду вводят кислород в виде водовоздушной эмульсии (Авторское свидетельство № 232147, кл. C 02 F 1/58, 1960).

В этом же авторском свидетельстве описано устройство, состоящее из одного или нескольких песчаных фильтров, вихревого (самовсасывающего) насоса или эжектора, бака аэратора с вентилями и смесительного узла.

Недостатком данного способа и устройства являются технологическая сложность и невозможность удалить железо из воды при содержании его до 30 мг/л и наличии в воде двуокиси углерода свыше 20 мг/л.

Известен способ очистки воды от железа, включающий смешение потока очищаемой воды с воздухом путем подачи воздуха в смеситель под давлением, разбрызгивание водовоздушной смеси на незатопленную загрузку, расположенную в корпусе фильтра, при соотношении 1:2-1:5 и последующий раздельный отвод очищенной воды и воздуха (Николаев Г.Н. Обезжелезивание природных и оборотных вод. - М.: Стройиздат, 1978, с.25).

Там же описано устройство для очистки воды от железа, содержащее корпус с фильтрующей загрузкой, патрубок для подачи очищаемой воды, присоединенный к нему смеситель со средством для подачи в него воздуха под давлением и отводящие патрубки.

Недостатком известных способа и устройства является отсутствие возможности использования их для очистки воды с высоким содержанием железа и растворенных газов. При содержании в воде железа до 30 мг/л, CO₂ - 100 мг/л, H₂S - 10 мг/л и окисляемости по O₂ - 9 мг/л установка неработоспособна.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ очистки воды от железа, включающий смешение потока очищаемой воды с воздухом, подачу водовоздушной смеси в корпус с незатопленной фильтрующей загрузкой и последующий раздельный отвод очищенной воды и воздуха. Для повышения степени очистки и интенсификации процесса перед смешением поток воды ваккуумируют и смешение осуществляют путем диспергирования потока воды воздухом (авторское свидетельство № 1161480, кл. С 02 F 1/64, опубл. 15.06.1985 г.).

В этом же авторском свидетельстве описано устройство для очистки воды от железа, содержащее корпус с фильтрующей загрузкой, патрубок для подачи фильтрующей воды, присоединенный к нему смеситель для воды и воздуха и патрубок для отвода очищенной воды и воздуха. Патрубок снабжен соплом с насадком Вентури и расположенным концентрично с внешней стороны сопла цилиндром, а смеситель выполнен в виде присоединенных к последнему цилиндров с последовательным увеличивающимся диаметром и длиной и с патрубком для подачи воздуха.

Недостатком данного способа и устройства является то, что они рассчитаны только на удаление легкоокисляемых веществ (например, двухвалентного железа и сероводорода).

Предлагаемыми изобретениями решается задача удаления из жидкости неорганических трудноокисляемых веществ (марганца) и органических (фенола, гумановых соединений, фулвокислот).

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе, включающем вакуумирование и смешение потока жидкости путем диспергирования с окислителем, подачу газожидкостной смеси в корпус с незатопленной фильтрующей загрузкой и последующий раздельный отвод очищенной жидкости и газа, поток жидкости перед вакуумированием разделяют и направляют через соответствующие вакуумные распылительные головки. Вакуумные зоны распылительных головок сообщают между собой. Таким образом, обеспечивается создание струей жидкости самовакуумирования, что создает условия для объемно-вакуумного дробления струи на капли и мгновенного, то есть спонтанного, выделения растворенных газов из жидкости. Подача окислителя в сообщающуюся вакуумную зону осуществляется за счет самовсасывания, и далее происходит процесс интенсивного перемешивания или реагирования с очищаемой жидкостью, что позволяет использовать физическую величину процесса - скорости прохождения жидкости через вакуумную камеру эжектора: чем выше скорость, тем выше степень хемсорбции.

Подача в качестве окислителя азоновоздушной смеси обеспечивает в короткоцикловом массообмене окисление неорганических трудноокисляемых веществ (марганца) и органических (фенола, гуминовых соединений, фульвокислот).

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, содержащее корпус с фильтрующей загрузкой, патрубок для подачи жидкости, снабженный соплом с насадком Вентури и расположенным концентрично с внешней стороны сопла смесителем, выполненным в виде присоединенных к последнему цилиндров с калибровочными отверстиями и с последовательно увеличивающимся диаметром и длиной, и патрубок для отвода очищенной воды и газа. Патрубок подачи жидкости снабжен распределителем потока жидкости с выходными участками, каждый из которых соединен с соплом с насадком Вентури, а смесители размещены в замкнутых зонах, сообщенных между собой вакуумной линией, которая соединена с дополнительным патрубком подвода окислителя.

Предлагаемая конструкция позволяет обеспечить самовсасывание окислителя за счет разрежения, создаваемого исходной жидкостью, поступающей в патрубок для подачи жидкости. За счет избыточного давления исходной жидкости создается мощное разрежение, в результате чего происходит интенсивное дробление и перемешивание окислителя по ступеням эжектирования, что приводит к более глубокому окислению неорганических труднорастворимых веществ (марганца) и органических (фенола, гумановых соединений, фулвокислот).

Предлагаемые изобретения поясняются чертежом.

Устройство состоит из входного патрубка 1 с распределителем 2 потока жидкости с выходными участками, смесителя 3, корпуса с фильтрующей загрузкой 4, отбойников 5, патрубков 6 для отвода выделившихся газов и патрубка 7 для отвода очищенной жидкости. Выходные участки распределителя 2 потока жидкости снабжены соответствующим соплом с насадком Вентури 8, к которым подсоединены смесители 3, состоящие из вакуумно-эжекторных ступеней 9-11, выполненных в виде цилиндров с увеличивающимися последовательно диаметром и длиной с калибровочными отверстиями 12. Смесители 3 размещены в замкнутые зоны 13, которые сообщены между собой вакуумной линией 14, к которой подсоединен дополнительный патрубок 15 для подвода окислителя. Вакуумно-эжекторная ступень 11 соединена с отбойниками 5 для разделения жидкости и газа.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.

Поток жидкости под давлением не ниже 0,35 МПа подают по патрубку 1, разделяют в распределителе 2 потока и направляют в зону пониженного давления через соответствующие конфузоры с соплами Вентури 8. В результате происходит увеличение скорости истечения жидкости, что приводит к увеличению скоростного напора и понижению давления в струе, а также создается вокруг струи сферическая вакуумная кольцевая зона с глубоким вакуумом до 0,1 МПа за счет энергии самой струи и возникает процесс объемного вскипания газов, растворенных в струе и в разреженном пространстве (в частности CO₂, H₂S), которые тормозят процесс окисления. Из конфузора с соплами Вентури 8 струя поступает последовательно в ступени эжектирования 9-11, где за счет энергии струи образуются вакуумно-кольцевые зоны, в которых продолжается процесс объемного вскипания газов в струе и разрушение целостности струи. При этом струя превращается в газожидкостный поток, заполняющий всю площадь поперечного сечения ступеней эжектирования 9-11 по ходу движения потока. Выделившиеся газы (СО₂, H₂S, аммиак, метан) способствуют повышению рН, что создает благоприятные условия для более полного окисления вредностей, присутствующих в воде. За счет разрежения, создаваемого исходной жидкостью, поступающей во входной патрубок 1, обеспечивается самовсасывание окислителя (озона) через калибровочные отверстия 12 с последующим ускоренным адсорбционно-десорбционным процессом и конечным эффектом десорбции. Из ступени эжектирования 11 газожидкостный поток поступает на отбойники 5, ударяясь о которые, выделившиеся газы отражаются вверх и отводятся в атмосферу через патрубки 6, а жидкость свободно движется через загрузку 4 к потребителю через патрубок 7.

Проходя через корпус с фильтрующей загрузкой 4, жидкость освобождается от трехвалентного железа, четырехвалентного марганца и др., а также от органических веществ (фенола и др.), ранее окисленных озоновоздушной смесью для осаждаемых величин.

В таблицах 1, 2 приведены результаты экспериментов.

Данные таблицы 1 показывают, что достаточный эффект по удалению железа и марганца 0,3 и 0,1 мг/л достигается при давлении 0,35 МПа.

Данные таблицы 2 показывают эффект очистки до нормируемых величин по цветности и мутности.

Положительный эффект предложенного способа и устройства заключается в том, что удается одновременно снизить содержание не только железа, но и марганца, а также присутствующие в исходной жидкости загрязняющие ее органические вещества до нормируемых величин по санитарным нормам и правилам СанПиН.

Формула изобретения

1. Способ активной деманганации потока жидкости, включающий вакуумирование и смешивание потока жидкости путем диспергирования с окислителем, подачу газожидкостной смеси в корпус с незатопленной фильтрующей загрузкой и последующий раздельный отвод очищенной жидкости и газа, отличающийся тем, что поток жидкости перед вакуумированием разделяют и направляют через соответствующие вакуумные распылительные головки, вакуумные зоны которых сообщают между собой, а в сообщающуюся вакуумную зону в качестве окислителя вводят озоновоздушную смесь с возможностью смешивания ее с основным потоком жидкости.

2. Устройство для активной деманганации жидкости, содержащее корпус с фильтрующей загрузкой, патрубок для подачи жидкости, снабженный соплом с насадком Вентури и расположенным концентрично с внешней стороны сопла смесителем, выполненным в виде присоединяемых к последнему цилиндров с калибровочными отверстиями и с последовательно увеличивающимся диаметром и длиной, а также патрубок для отвода очищенной воды и газа, отличающееся тем, что патрубок подачи жидкости снабжен распределителем потока жидкости с выходными участками, каждый из которых соединен с соплом с насадком Вентури, а смесители размещены в замкнутые зоны, сообщенные между собой вакуумной линией, которая соединена с дополнительным патрубком подвода окислителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.05.2007

Извещение опубликовано: 27.05.2007        БИ: 15/2007

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.05.2010

Извещение опубликовано: 27.05.2010        БИ: 15/2010

---