close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2337070

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 337 070
(13)
C2
(51) МПК
C02F 9/12 (2006.01)
C02F 1/48 (2006.01)
C02F 103/04 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2003107632/15, 20.03.2003
(72) Автор(ы):
Назаров Владимир Дмитриевич (RU),
Алексеев Станислав Александрович (RU),
Назаров Максим Владимирович (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
20.03.2003
(43) Дата публикации за вки: 10.09.2004
Адрес дл переписки:
450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1, Уфимский
Государственный Нефт ной Технический
Университет
(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО
2 3 3 7 0 7 0
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2099290 С1, 20.12.1997. RU 2152359
С1, 10.07.2000. SU 1353743 А1, 23.11.1987. US
4994160 А, 19.02.1991. ЕР 0060193 В1,
04.03.1982. WO 02/058452 А2, 01.08.2002.
R U
(45) Опубликовано: 27.10.2008 Бюл. № 30
(73) Патентообладатель(и):
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образовани Уфимский Государственный Нефт ной
Технический Университет (УГНТУ) (RU)
2 3 3 7 0 7 0
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к очистке природных
вод до питьевого качества и сточных вод до
требований ПДК. Способ включает обработку
импульсными высоковольтными разр дами с
одновременным
насыщением
воды
диспергированным воздухом и последующую
очистку на зернистых и сорбционных фильтрах в
присутствии коагул нта. Разр д создают в водной
среде в присутствии в зоне разр да гранул
металла, образующего нерастворимые гидроксиды.
Воду
обрабатывают
последовательностью
импульсных разр дов с энергией импульса 0,3-0,7
кДж/дм 3 частотой 0,5...2,0 Гц. Гранулы металла
за
счет
гидравлических
ударов
образуют
псевдоожиженный
слой
и
равномерно
распредел ютс в объеме очищаемой воды.
Последующую
очистку
осуществл ют
в
трехслойном зернистом фильтрующем материале,
образующем в водной среде электрохимический
источник тока. Сначала фильтруют по направлению
движени воды
через
слой
гранул
электроотрицательного материала, затем через
диэлектрический материал, а затем через слой
гранул электроположительного
углеродсодержащего материала со скоростью
5...10 м/ч. Природные и сточные воды могут быть
очищены от железа, марганца, цинка, органических
загр знений, нефтепродуктов, бактерий, вирусов и
других загр зн ющих веществ. Изобретение
обеспечивает сокращение времени обработки воды
за счет совмещени во времени и пространстве
отдельных этапов осуществлени многостадийного
процесса,
уменьшение
металлоемкости
оборудовани , реализующего способ, снижение
энергозатрат. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 337 070
(13)
C2
(51) Int. Cl.
C02F 9/12 (2006.01)
C02F 1/48 (2006.01)
C02F 103/04 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2003107632/15, 20.03.2003
(72) Inventor(s):
Nazarov Vladimir Dmitrievich (RU),
Alekseev Stanislav Aleksandrovich (RU),
Nazarov Maksim Vladimirovich (RU)
(24) Effective date for property rights: 20.03.2003
(43) Application published: 10.09.2004
Mail address:
450062, g.Ufa, ul. Kosmonavtov, 1, Ufimskij
Gosudarstvennyj Neftjanoj Tekhnicheskij Universitet
(73) Proprietor(s):
Gosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie
vysshego professional'nogo obrazovanija
Ufimskij Gosudarstvennyj Neftjanoj
Tekhnicheskij Universitet (UGNTU) (RU)
2 3 3 7 0 7 0
electrochemical current source in water medium.
First filtration is carried out in direction of
water movement through electro-negative granule
layer, then through dielectric material and after
that through the layer of granules of electropositive
carbon-containing
material
at
rate
5...10 m/hour. Natural and sewage waters can be
purified from iron, manganese, zinc, organic
pollution, oil products, bacteria, viruses and
other pollutants.
EFFECT: reduction of water processing time,
reduction of equipment metal consumption and
reduction of energy consumption.
2 cl, 4 dwg, 3 tbl
R U
(57) Abstract:
FIELD: chemistry, technological processes.
SUBSTANCE: method includes processing with
impulse high-voltage discharges with simultaneous
saturation of water with dispersed air and
subsequent purification on granular and sorption
filters in presence of coagulant. Discharge is
created in water medium with presence in
discharge zone of metal granules, which forms nonsoluble hydroxides. Water is processed with
sequence of impulse discharges with impulse
energy
0.3-0.7kJ/dm 3 frequency 0.5...2.0 Hz.
Metal granules form pseudoliquefied layer due to
hydraulic impacts and are evenly distributed
throughout purified water volume. Subsequent
purification
is
carried
out
in
three-layer
granular
filtering
material,
which
forms
Страница: 2
EN
C 2
C 2
REALIZING
2 3 3 7 0 7 0
(54) METHOD OF NATURAL AND SEWAGE WATER PURIFICATION AND DEVICE FOR ITS
R U
(45) Date of publication: 27.10.2008 Bull. 30
RU 2 337 070 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к процессам очистки природных и сточных вод и может быть
использовано дл очистки природных вод до питьевого качества и сточных вод до
требований ПДК. Природные и сточные воды могут быть очищены от железа, марганца,
цинка, органических загр знений, нефтепродуктов, бактерий, вирусов и других
загр зн ющих веществ, которые могут быть извлечены окислением или коагул цией.
Очистка природных и сточных вод св зана с извлечением р да трудно окисл емых
минеральных и органических веществ. Дл этой цели примен етс озон, обладающий
высоким значением окислительно-восстановительного потенциала, вследствие чего он
обладает высоким бактерицидным и окислительным действием. С помощью озона из воды
устран ют ПАВ, органические растворители, красители, фенолы, нефтепродукты, цианиды,
сульфиды, ионы т желых металлов и другие соединени [1]. В цел х подготовки питьевых
вод озон примен етс , в основном, в качестве обеззараживающего агента [2]. Озон
получают в генераторах озона за счет коронного разр да, затем его смешивают с
воздухом и подают компрессором в воду. Диспергирование озоно-воздушной смеси в воде
и растворение озона вл етс лимитирующей стадией процесса, происходит с низким
эффектом. Из-за этого суммарный эффект очистки и обеззараживани воды снижаетс , а
себестоимость подготовки воды увеличиваетс . Кроме того, озон не окисл ет стойкие
органические соединени .
Наиболее близким техническим решением вл етс способ очистки сточных вод от
фенолов и нефтепродуктов [4]. Способ заключаетс в обработке сточных вод импульсными
высоковольтными разр дами с одновременной подачей в межэлектродное пространство
диспергированного воздуха и последующей очисткой флотацией и фильтрованием в
песчаных и угольных фильтрах. Способом предусмотрена необходимость дозировани коагул нта перед обработкой сточной воды импульсными разр дами.
Недостатками способа и устройства вл ютс необходимость дозировани реагента -коагул нта, пространственное разделение этапов многостадийного процесса,
что увеличивает врем обработки воды из-за невозможности совмещени отдельных
этапов.
Наиболее близким по технической сущности к за вл емому вл етс устройство дл очистки природных и сточных вод [4], содержащее цилиндроконический корпус, патрубки
подачи и отвода воды, генератор импульсов напр жени , компрессор, высоковольтные
электроды и гранулированную фильтрующую и сорбирующую загрузку.
Недостатками известного устройства вл ютс высока металлоемкость оборудовани ,
реализующего многостадийный способ, высокие энергозатраты.
Задача, решаема изобретением, заключаетс в сокращении времени обработки воды
за счет совмещени во времени и пространстве отдельных этапов многостадийного
процесса, уменьшении металлоемкости оборудовани , реализующего способ, снижении
энергозатрат.
Указанна задача решаетс тем, что в способе очистки природных и сточных вод путем
обработки импульсными высоковольтными разр дами с одновременным насыщением воды
диспергированным воздухом и последующей очистки на зернистых и сорбционных
фильтрах, согласно изобретению разр д создают в водной среде, в присутствии в зоне
разр да гранул металла, способного образовывать нерастворимые гидрооксиды, причем
воду обрабатывают последовательностью импульсных разр дов с частотой 0,5...2,0 Гц,
при которой гранулы метала за счет гидравлических ударов образуют псевдоожиженный
слой и равномерно распредел ютс в объеме очищаемой воды, удельна энерги импульсных разр дов составл ет 0,3...0,7 кДж/дм 3, а последующую очистку осуществл ют
в трехслойном зернистом материале, образующем в водной среде электрохимический
источник тока, причем фильтруют по направлению движени воды первоначально через
слой гранул электроотрицательного материала, выполненного из алюмини , затем, через
диэлектрический материал из силицированного кальцита, затем, через углеродсодержащий
материал - активированный уголь АГ-3.
Указанна задача решаетс также тем, что в устройстве дл очистки природных и
Страница: 3
DE
RU 2 337 070 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
сточных вод, содержащем цилиндроконический корпус, патрубки подачи и отвода воды,
генератор импульсов напр жени , компрессор, высоковольтные электроды и
гранулированную фильтрующую и сорбционную загрузку, согласно изобретению корпус
аппарата разделен высоковольтным лучевым катодом на две камеры, верхн из которых
представл ет собой камеру дл обработки воды высоковольтным многоканальным
разр дом, в которой размещены полусферические аноды в количестве от 1 до n, причем
, где D - диаметр корпуса фильтра, d - диаметр анода, а пространство между
высоковольтными анодом и катодом заполнено гранулами металла фракцией 1...5 мм,
нижн камера содержит три сло гранулированного фильтрующего материала, верхний из
которых вл етс электропроводным и электроотрицательным, образующий при
растворении в воде нерастворимый гидрооксид, средний слой выполнен
неэлектропроводным, обладающим подщелачивающим эффектом, а нижний выполнен
электропроводным и электроотрицательным, обладающим сорбционными свойствами,
фильтрующие слои отделены друг от друга неэлектропроводными сетками, отношение
высоты среднего неэлектропроводного сло к высоте нижнего сло , обладающего
сорбционными свойствами, равно (3...5):1.
На фиг.1 представлена блок-схема технологии очистки воды предлагаемым способом.
На фиг.2 представлена конструкци устройства дл реализации способа. На фиг.3 и 4
показана конструкци высоковольтного анода и катода.
На блок-схеме (фиг.1) указана последовательность технологических операций,
включающа аэрацию воды, обработку воды высоковольтными импульсными разр дами,
введение коагул нта с помощью импульсных разр дов и электрохимическим путем,
контактную коагул цию, фильтрование в слое адсорбента и накопление очищенной воды в
резервуаре чистой воды.
На фиг.2 изображено устройство дл реализации способа. Устройство представл ет
собой цилиндроконический корпус 1, расположенный вертикально, имеющий патрубок
подвода воды 2 и патрубок отвода воды 3.
Устройство функционально разделено на две камеры. Верхн камера 4 вл етс камерой высоковольтного импульсного разр да. Нижн камера 5 представл ет собой
зернистый фильтр.
В камере 4 расположены высоковольтный анод 6 и катод 7, соединенные с генератором
импульсных напр жений 8. Высоковольтный анод 6 представл ет собой семейство
одинаковых полусферических электродов 9, равномерно распределенных по сечению
аппарата, как показано на фиг.3, электрически св занных друг с другом. Катод 7
представл ет собой лучевой электрод, показанный на фиг.4. Пространство между катодом
и анодом заполнено наполовину гранулами алюмини 10 фракции 1...5 мм.
Камера фильтрации 5 заполнена трем сло ми гранулированного материала,
разделенными неэлектропроводными сетками 11 и 12. Первый слой состоит из гранул
алюмини 10. Второй слой выполнен из стандартного минерального материала 13:
кварцевый песок, горела порода, известн к, кальцит, силицированный кальцит и т.д.
Гранулированный материал 14 выполнен из углеродсодержащего электропроводного
материала, например активированного угл , поддерживаемого сеткой 15.
Способ реализуетс следующим образом. Природна или сточна вода насыщаетс воздухом с помощью компрессора или эжектора, пропускаетс в аппарате в направлении
сверху вниз. На высоковольтные электроды 6 и 7 подаетс импульс напр жени 50...100
кВ с крутизной фронта менее 10 -7с, вырабатываемый генератором импульсных напр жений
8. Когда напр жение на разр дном промежутке достигнет пробивного значени ,
конденсаторы генератора разр жаютс на него, образуетс плазменный шнур. Под
действием высокой температуры плазменного шнура и высокой напр женности
электрического пол происходит ионизаци молекул кислорода, в результате чего
образуютс сильные окислители, такие как озон О3, радикал ОН, перекись водорода Н2О2,
надперекись водорода Н2O2, атомарный кислород О. В процессе горени дуги наблюдаетс Страница: 4
RU 2 337 070 C2
5
сильное ультрафиолетовое свечение. При уменьшении разр дного тока до нул дуга
гаснет, происходит гидравлический удар. Под действием гидравлического удара гранулы
алюмини равномерно распредел ютс по объему. Разр ды следуют с частотой 0,5...2,0
Гц, поэтому к моменту подачи следующего импульса гранулы алюмини наход тс во
взвешенном состо нии. Разр д возникает между анодом и множеством катодов,
многократно ветвитс , распредел сь по объему, равномерно обрабатыва воду. Удельна энерги импульсных разр дов составл ет 0,3...0,7 КДж/дм 3, при таком значении возможно
воду пропускать со скоростью 5...10 м/ч. Количество полусферических электродов n
,
определ етс по формуле
10
15
20
25
30
35
где D - диаметр корпуса фильтра, d - диаметр анода.
В процессе горени дуги происходит незначительное выгорание алюминиевых гранул.
Ионы алюмини , попада в воду, гидролизуютс с образованием нерастворимых молекул
Al(ОН)3, вл ющихс коагул нтом.
Далее вода попадает в камеру фильтрации 5, где происходит очистка воды от
взвешенных веществ и растворенных органических веществ, которые не успели окислитс под действием окислителей в камере разр да. Фильтрующа загрузка состоит из трех
слоев. Крайние слои 7 и 14 состо т из электропроводных материалов (алюмини и
активированного угл ), отличаютс значением стандартного электродного потенциала.
Алюминий относитс к электроотрицательным материалам, активированный уголь - к
электроположительным. Эти слои раздел ют диэлектрическим фильтрующим материалом
13. Фильтрующие слои в среде электролита (а люба вода вл етс электролитом)
образуют электрохимический источник тока, под действием которого
электроотрицательный материал раствор етс . В воду дополнительно поступает
коагул нт, вырабатываемый электрохимическим путем.
Зернистый материал фильтра 13 в этом случае выполн ет функцию контактного
фильтра, на поверхности зерен которого происходит интенсивное хлопьеобразование и
сорбци загр знений коагул нтом. Высоким обезжелезивающим и пощелачивающим
эффектом обладает силицированный кальцит [5].
Доочистка воды происходит в слое сорбента 14. В качестве сорбента использован
активированный уголь АГ-3, широко примен емый в практике водоочистки.
Примеры реализации способа.
Подвергали очистке модельные растворы, содержащие соли металла и товарную нефть.
Эффекты очистки воды при определенном соотношении параметров представлены в
таблице 1...3.
Таблица 1
Эффект очистки воды от ионов железа и нефти при различной энергии импульсов, подаваемых с частотой 1 Гц и соотношением
высот Н2:Н3=3:1. Скорость фильтрации 7 м/ч
Удельна энерги , кДж/дм 3
40
45
50
Концентраци железа, мг/л
Концентраци нефти, мг/л
до очистки
после очистки
до очистки
после очистки
0,1
12
0,55
15
0,08
0,3
12
0,30
15
0,05
0,5
12
0,19
15
следы
0,7
12
0,10
15
следы
0,9
12
0,10
15
следы
Таблица 2
Эффект очистки воды от ионов железа и нефти при энергии импульса 0,3 кДж/дм 3 с частотой 1 Гц при различном отношении высот Н2:Н3.
Скорость фильтрации 7 м/ч
Отношение высоты
слоев Н2Н3
до очистки
после очистки
до очистки
после очистки
1:1
12
0,52
15
следы
2:1
12
0,38
15
0,01
3:1
12
0,30
15
0,05
4:1
12
0,25
15
0,07
5:1
12
0,18
15
0,10
6:1
12
0,12
15
0,10
Концентраци железа, мг/л
Страница: 5
Концентраци нефти, мг/л
RU 2 337 070 C2
Таблица 3
Эффект очистки воды от ионов железа и нефти при энергии импульсов 0,3 кДж/дм 3 при частоте 1 Гц, Н2:Н3=3:1
Загр зн ющие вещества
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Концентраци , мг/л
Эффект, %
ПДКpx
0,05
99,6
0,05
0,1
96,6
0,3
0,7
0,05
92,8
0,1
-
до очистки
после очистки
Нефтепродукты
15
Железо общее
3
Марганец
ХПК
120
7
94,2
Взвешенные вещества
243
6
97,5
-
Коли - индекс
12
0,12
15
0,10
Из таблиц видно, что при стандартной скорости фильтрации пор дка 7 м/ч оптимальным
значением удельной энергии импульса вл етс 0,3...0,7 кДж/дм 3, соотношение
высот Н2:Н3=(3...5):1. Из опытов визуально определен интервал частот 0,5...2,0 Гц,
при которых гранулы алюмини образуют псевдоожиженный слой.
Литература
1. Канализаци населенных мест и промышленных предпри тий. Справочник
проектировщика. Под ред. Самохина В.Н. - М. Стройиздат, 1981-638с.
2. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. Под ред. Журабы М.Г., т.2 Вологда - М., 2001, - 324с.
3. Яворский Н.А., Корнеев Я.И., Хаскельберг М.Б. и др. Установка дл озонировани воды с помощью барьерного разр да в водо-воздушном потоке. - В сб.: Экологические
проблемы и современные технологии водоснабжени и водоотведени . - Чел бинск 2000. - С.52-55.
4. Патент РФ 2099290, МКИ C02F 1/48. Способ очистки сточных вод нефтехимических и
нефтеперерабатывающих производств от растворенных фенолов и
нефтепродуктов./Демь ненко Е.А., Кабиров А.К., Шепелев И.И. и др.,/БИ №35 - 1997
5. Патент РФ 2145576, МКИ C02F 1/64. Установка обезжелезивани воды/Назаров В.Д.,
Семенова Э.В., Соловьев В.Б., Сапунов Г.С./БИ №5 - 2000.
Формула изобретени 1. Способ очистки природных и сточных вод путем обработки импульсными
высоковольтными разр дами с одновременным насыщением воды диспергированным
воздухом и последующей очистки на зернистых и сорбционных фильтрах в присутствии
коагул нта, отличающийс тем, что разр д создают в водной среде в присутствии в зоне
разр да гранул металла, образующего нерастворимые гидроксиды, причем воду
обрабатывают последовательностью импульсных разр дов с энергией импульса 0,3-0,7
кДж/дм частотой 0,5...2,0 Гц, при которой гранулы металла за счет гидравлических
ударов образуют псевдоожиженный слой и равномерно распредел ютс в объеме
очищаемой воды, а последующую очистку осуществл ют в трехслойном зернистом
фильтрующем материале, образующем в водной среде электрохимический источник тока,
причем фильтруют по направлению движени воды первоначально через слой гранул
электроотрицательного материала, затем через диэлектрический материал, а затем через
слой гранул электроположительного углеродсодержащего материала со скоростью 5...10
м/ч.
2. Способ по п.1, отличающийс тем, что гранулы электроотрицательного материала
фильтра выполнены из алюмини .
3. Способ по п.1, отличающийс тем, что гранулы металла в зоне разр да выполнены из
алюмини .
4. Способ по п.1, отличающийс тем, что фильтирующий диэлектрический материал
выполнен из силицированного кальцита.
5. Способ по п.1, отличающийс тем, что в качестве углеродсодержащего материала
используют активированный уголь марки АГ-3.
6. Устройство дл очистки природных и сточных вод, содержащее цилиндроконический
корпус, патрубки подачи и отвода воды, генератор импульсов напр жени , компрессор,
Страница: 6
CL
RU 2 337 070 C2
5
10
15
высоковольтные электроды и гранулированную фильтрующую и сорбционную загрузку, и
отличающеес тем, что корпус аппарата разделен высоковольтным лучевым катодом на
две камеры, верхн из которых представл ет собой камеру дл обработки воды
высоковольтным многоканальным разр дом, в которой размещены полусферически с
, где D - диаметр корпуса фильтра, d аноды в количестве от 1 до n, причем
диаметр анода, а пространство между высоковольтными анодом и катодом заполнено
гранулами металла фракцией 1...5 мм, при этом нижн камера содержит три сло фильтрующего материала, верхний из которых электропроводный и
электроотрицательный, образующий при растворении в воде коагул нт, средний слой
выполнен неэлектропроводным, а нижний выполнен электропроводным и
электроположительным, обладающим сорбционными свойствами, фильтрующие слои
отделены друг от друга неэлектропроводными сетками, отношение высоты среднего сло к
высоте нижнего сло равно (3...5):1.
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 7
RU 2 337 070 C2
Страница: 8
DR
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
154 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа