Устройство для очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов
Владельцы патента RU 2494969:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" (RU)
Изобретение относится к очистке сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов и может использоваться для очистки жидких радиоактивных отходов атомных электростанций (АЭС), дезактивации грунтовых вод и водоемов питьевой воды, очистке технологических растворов и сточных вод промышленных предприятий, а также в системах водоочистных станций и водоподготовки. Устройство для очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов содержит каркас, в котором последовательно расположены друг за другом цилиндрические блоки с фильтрующим и сорбирующим материалами, соединенные патрубками, подводящий и отводящий штуцеры. Для регенерации фильтрующего и сорбирующего материалов ультразвуком блоки установлены коаксиально внутри цилиндрических магнитострикционных преобразователей, которые с одной стороны подключены к генераторам ультразвуковых колебаний, поступающих на блок с фильтрующим материалом в виде кварцевого песка с частотой 18-20 кГц, на блок с сорбирующим материалом в виде гранул глауконита с частотой 27-30 кГц, а с другой стороны магнитострикционные преобразователи соединены через волноводы с излучателями, выполненными в виде цилиндров и коаксиально размещенными внутри блоков. Технический результат - увеличение сроков работы устройства, повышение степени очистки от радионуклидов и вредных химических элементов. 2 ил.
Изобретение относится к области очистки жидких радиоактивных сточных вод атомных электростанций (АЭС), дезактивации грунтовых вод и водоемов питьевой воды, очистки технологических растворов и сточных вод промышленных предприятий, а также очистки воды в системах водоочистных станций и водоподготовки.
Известен способ очистки технологических и природных вод от радионуклидов, заключающийся в адсорбции из очищаемого раствора примесных ионов сорбентом. Для реализации способа используется устройство, содержащее блок сорбента, коаксиально установленные электроды с токоподводами, внутренний электрод которых является анодом, а наружный катодом и одновременно корпусом. (RU 2099803 C1, МПК G21F 9/12, опубл. 20.12.1997 г.). Однако данное устройство не обеспечивает достаточной степени очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов.
Наиболее близким аналогом изобретения, взятым в качестве прототипа, является устройство для очистки питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов (RU 2088300 C1, МПК6 B01D 24/10, C02F 1/18, опубл. 27.08.1997 г.), содержащее каркас, последовательно расположенные друг над другом блоки, заполненные фильтрующим и сорбирующим материалами, соединенными между собой патрубками, подводящий и отводящий штуцеры.
Так как блоки, заполненные фильтрующим и сорбирующим материалами в течение работы подвергаются засорению, то это существенно снижает степень очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов.
Задачей заявляемого устройства является увеличение сроков работы блоков, заполненных фильтрующим и сорбирующим материалами, повышение степени очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов, повышение производительности очистных сооружений.
Технический результат достигается благодаря тому, что в устройстве для очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов содержащем каркас, в котором последовательно расположены друг за другом цилиндрические блоки с фильтрующим и сорбирующим материалами, соединенные патрубками, подводящий и отводящий штуцеры, в отличие от прототипа для регенерации фильтрующего и сорбирующего материалов ультразвуком блоки установлены коаксиально внутри цилиндрических магнитострикционных преобразователей, которые с одной стороны подключены к генераторам ультразвуковых колебаний, поступающих на блок с фильтрующим материалом в виде кварцевого песка с частотой 18-20 кГц, на блок с сорбирующим материалом в виде гранул глауконита частотой 27-30 кГц, а с другой стороны соединены через волноводы с излучателями, выполненными в виде цилиндров и коаксиально размещенными внутри блоков.
В заявляемом изобретении в процессе очистки сточных вод и питьевой воды от механических взвесей и загрязнений, радионуклидов и вредных химических элементов поверхность фильтрующего материала, в качестве которого используется частицы кварцевого песка подвергается засорению. Поверхность сорбирующего материала, в качестве которого используются гранулы глауконита цилиндрической формы диаметром 2 мм и длиной 10 мм также подвергается засорению. При температуре 20°C плотность кварцевого песка составляет 2,65 мг/м3, а плотность глауконита - 1,8 мг/м3. Плотность кварцевого песка и глауконита различаются друг от друга, поэтому для их регенерации в заявляемом устройстве используются ультразвуковые колебания различной частоты.
Для регенерации поверхности фильтрующего материала (частиц кварцевого песка) на него воздействуют ультразвуковыми колебаниями частотой 18-20 кГц (интенсивность 35-40 мкм), а для регенерации сорбирующего материала, в качестве которого используются гранулы глауконита цилиндрической формы диаметром 2 мм и длиной 10 мм, на него воздействуют ультразвуковыми колебаниями с частотой 27-30 кГц (интенсивность 35-40 мкм).
При использовании ультразвуковых колебаний частотой больше, чем 18-20 кГц эффективность регенерации фильтрующего материала (кварцевый песок) и очистки сточных вод от твердых частиц снижается до 10%. Аналогично, при использовании ультразвуковых колебаний частотой меньше, чем 18-20 кГц, эффективность регенерации и очистки сточных вод снижается до 10%. Таким образом, эффективным является диапазон ультразвуковых колебаний 18-20 кГц.
При использовании ультразвуковых колебаний частотой больше и меньше чем 27-30 кГц, эффективность регенерации сорбирующего материала (глауконит) и очистки сточных вод снижается до 20%. Таким образом, эффективным является диапазон ультразвуковых колебаний 27-30 кГц.
В качестве генератора ультразвуковых колебаний используется генератор УЗГ-1-22, а в качестве магнистрикционного преобразователя - ПМС - 6-22, имеющего интенсивность колебаний 1,5 Вт/мм2.
В результате воздействия ультразвуковых колебаний на фильтрующий материал (частицы кварцевого песка) и сорбирующий материал (гранулы глауконита) происходит непрерывное обновление диффузного пограничного слоя их поверхности, что исключает их зарастание взвешенными частицами загрязнений и способствует непрерывному обновлению их поверхности (регенерации).
Глауконит обладает высокими абсорбционными и катионообменными свойствами. Сорбционная емкость глауконита изменяется в пределах 13-60%, пористость 20-25%. Глауконит эффективно поглощает долгоживущие радионуклиды: цезия (CS 137), стронция (Sr 90, урана, бария, а также фосфорорганические и фторорганические соединения. При использовании в качестве сорбента глауконита содержание тяжелых металлов в водных растворах снижается: для свинца - до 99%, для марганца - 95%, для ртути - до 64%, для кобальта - до 97%, для кадмия - до 96%, для хрома - до 92%, для железа - до 99%, никеля - до 90%.
В результате проведенного по патентной и научно-технической литературе поиска не были выявлены технические решения, обладающие аналогичной совокупностью существенных признаков и дающие такой же положительный результат, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - разрез А-А.
Устройство содержит каркас 1 с последовательно расположенными друг за другом фильтрующим 2 сорбирующим 3 блоками, соединенными между собой патрубками 4, подводящий 5 и отводящий 6 штуцеры. Цилиндрический магнитострикционный преобразователь 7 блока 2 с фильтрующим материалом с одной стороны подключен к генератору ультразвуковых колебаний 10, а с другой стороны соединен через волновод 8 с излучателем 9.
Цилиндрический магнитострикционный преобразователь 11 блока 3 с сорбирующим материалом, с одной стороны подключен к генератору ультразвуковых колебаний 14, а с другой стороны соединен через волновод 12 с излучателем 13.
Устройство работает следующим образом.
Сточные или питьевые воды, содержащие механические взвеси и примеси, а также радионуклиды и вредные химические элементы через входной подводящий штуцер 5 поступают в фильтрующий блок 2, заполненный частицами кварцевого песка. В блоке 2 происходит фильтрование стоков или воды от механических взвесей и примесей и, одновременно, засорение фильтрующего материала.
Включается ультразвуковой генератор 10, который через магнитострикционного преобразователь 7 и волноводы 8, передает колебания на излучатель 9. Далее очищенные от механических взвесей и примесей воды через штуцер 4 перетекают в сорбирующий блок 3, где происходит сорбирование изотопов радионуклидов и соединений вредных химических элементов гранулами глауконита и, одновременно, засорение сорбирующего материала.
Включается ультразвуковой генератор 14, который через магнитострикционный преобразователь 11 и волновод 12, передает колебания на излучатель 13. При этом вода очищается от изотопов радионуклидов и соединений вредных химических элементов, а диффузный пограничный слой сорбирующего материала регенерируется.
При воздействии ультразвуковых колебаний с частотой 18-20 кГц на фильтрующий материал блока 2 происходит его регенерация, а при воздействии ультразвуковых колебаний с частотой 27-30 кГц на сорбирующий материал блока 3 также происходит его регенерация.
Очищенная от механических взвесей и примесей в блоке 2, а также изотопов радионуклидов и соединений вредных химических элементов в блоке 3, вода выводится из сорбирующего блока 3 через штуцер 6, закрепленный в корпусе 1.
Эксплуатация устройства для очистки сточных вод от изотопов радионуклидов и вредных химических элементов, позволяет достичь следующую степень очистки: для цезия (CS 137) - до 96%, для стронция (Sr 90) - до 99%, для кобальта - до 97%, для кадмия - до 96%, для хрома - до 92%, для железа - до 99%, для никеля - до 90%, а очищение фильтрующего и сорбирующего материалов с помощью ультразвука исключает их зарастание взвешенными частицами засорений и продлевает срок их эксплуатации.
Учитывая высокую селективность используемого сорбента в виде гранул глауконита, устройство может быть использовано также при водоподготовке питьевых вод, а также для обработки вод в пищевой промышленности.
Устройство для очистки сточных вод и питьевой воды от радионуклидов и вредных химических элементов, содержащее каркас, в котором последовательно расположены друг за другом цилиндрические блоки с фильтрующим и сорбирующим материалами, соединенные патрубками, подводящий и отводящий штуцеры, отличающееся тем, что для регенерации фильтрующего и сорбирующего материалов ультразвуком блоки установлены коаксиально внутри цилиндрических магнитострикционных преобразователей, которые с одной стороны подключены к генераторам ультразвуковых колебаний, поступающих на блок с фильтрующим материалом в виде кварцевого песка с частотой 18-20 кГц, на блок с сорбирующим материалом в виде гранул глауконита с частотой 27-30 кГц, а с другой стороны магнитострикционные преобразователи соединены через волноводы с излучателями, выполненными в виде цилиндров и коаксиально размещенными внутри блоков.
