ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1996 года по МПК C02F1/18 B01D24/10 

Изобретение относится к очистке и умягчению воды с применением электрохимической обработки в фильтрах с зернистой загрузкой.

Известна очистка и умягчение воды путем обработки известью и кальцинированной содой с использованием стандартных фильтров с зернистой загрузкой (1). При обработке воды протекают следующие реакции:

Ионы кальция и магния удаляются из воды вместе с образовавшимся нерастворимым осадком. Проблема заключается в том, что для получения больших объемов питьевых вод требуется большой расход реагентов, а также сложное реагентное хозяйство, включающее растворный бак, смеситель-отстойник, насос-дозатор, контрольно-измерительные приборы, компрессор.

Наиболее близким аналогом к предложенному является устройство для очистки воды (2), содержащее корпус, разделенный коаксиально расположенной в корпусе перегородкой на внутреннюю и внешнюю камеры, заполненные фильтрующей загрузкой. В известном фильтре невозможно осуществить умягчение воды.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей фильтра путем очистки воды с одновременным умягчением без применения химических реагентов.

Сущность изобретения заключается в том, что в фильтре для очистки воды, содержащем корпус, разделенный коаксиально расположенной в корпусе перегородкой на внутреннюю и внешнюю камеры, заполненные фильтрующей загрузкой, согласно изобретению загрузка внешней камеры выполнена из смеси гранул из электроотрицательного металла и неэлектропроводящего материала, загрузка внутренней камеры выполнена из электроположительного материала, а перегородка выполнена цилиндрической, из материала, проницаемого для ионов металла, при этом в камерах установлены электроды, замкнутые накоротко, гранулы загрузки внешней камеры выполнены из алюминия, титана или магния и известняка, кальцита, мела или доломита, а загрузка внутренней камеры из графита, марганца или графита с напылением серебра.

На фиг. 1 представлен фильтр, продольный разрез.

Фильтр для очистки воды состоит из цилиндрического корпуса 1 с сетками 2, разделенный на внешнюю рабочую камеру 3 и внутреннюю вспомогательную камеру 4, расположенную коаксиально по оси аппарата, внешняя камера 3 заполнена смесью гранул из электроотрицательного металла 5 и неэлектропроводящего материала 6, в камере расположен электрод 7, во внутренней камере 4 расположен электрод 8, цилиндрические стенки 9 камеры 4 выполнены из материала, проницаемого для ионов металла и являются перегородкой, разделяющей корпус на камеры, внутренняя камера 4 заполнена электроположительным материалом 10. Электроды 7 и 8 внешней и внутренней камер замкнуты накоротко.

Фильтр работает следующим образом.

Вода подается сверху вниз во внешнюю камеру 3 фильтра, фильтруясь в зеpнистой загрузке, выполненной из смеси гранул из электроотрицательного металла 5 и неэлектропроводящего материала 6, например, алюминия и известняка. Внутренняя камера 4 заполнена загрузкой из электропроводного электроположительного материала 10, например графита. За счет разности потенциалов 5 и 10 возникает электрическое поле, силовые линии которого направлены радиально в плоскости, перпендикулярной направлению движения воды. Под действием электрического поля происходит электрохимическое растворение фильтрующих материалов с переходом в раствор ионов алюминия и кальция с образованием соответствующих гидроксидов. Гидроксид кальция вступает в химические реакции с образованием нерастворимых солей. Гидроксид алюминия является типичным коагулянтом, что позволяет ускорить процесс осаждения нерастворимых осадков при последующем отстаивании воды. Непрореагировавшие ионы кальция и магния под действием электрического поля перемещаются к оси аппарата и отводятся с раствором из внутренней камеры 4. Раствор, подаваемый во внутреннюю камеру 4, может циркулировать при условии извлечения из него избытка кальция. Раствор должен быть достаточно электропроводен, например, однонормальный раствор хлористого натрия. Для увеличения интенсивности электрохимических реакций электроды во внешней камере 3 и внутренней камере 4 одним концом замкнуты накоротко.

В фильтре объемом 5 л в статических условиях провели испытания на натурной питьевой воде из городского водопровода г. Новокуйбышева, исходная жесткость 20 мг-экв/л. Скорость фильтрации 1.2 м/ч.

Опыт 1. В опытах меняли соотношение гранул алюминия и известняка. Размер гранул 2.5 мм. Время обработки 30 минут (см. табл. 1).

Допустимой долей алюминия является (80.20)% так как жесткость воды после обработки соответствует ПДК по Гост "Вода питьевая" (7 мг-экв/л).

Опыт 2. В опыте использовали соотношение гранул алюминия и известняка 1: 1. Определяли скорость умягчения воды (см. табл. 2).

Предлагаемое изобретение может быть использовано в системе химводоподготовки в котельном хозяйстве либо на водозаборных сооружениях, причем, при невысокой производительности до 10 тыс.м³ в сутки аппараты по предлагаемому изобретению могут работать в напорном варианте, при большой производительности в безнапорном. Вследствие того, что фильтры по предлагаемому изобретению не потребляют энергию от внешних источников, нет ограничений по производительности аппаратов, а поскольку не требуется применение реагента, себестоимость умягчения снижается, например, по сравнению с ионообменными материалами в 10 раз, по сравнению с реагентно-известковой технологией в 3 раза. Образующийся осадок имеет плотность в 1,5 раза выше за счет образования комбинированного коагулянта, содержащего гидроксид алюминия и кальция. Образующиеся осадки содержат кальцит и гипс, что позволяет их непосредственно использовать в строительной индустрии. Попутно уменьшается исходное содержание сульфат-иона за счет образования и осаждения гипса. Степень умягчения зависит от режимных параметров. При исходной жесткости 20 мг-экв/л достигнута остаточная жесткость 0,1 мг-экв/л, скорость фильтрации 1.2 м/ч.

Источники информации:
1. М.Хаммер "Технология обработки природных и сточных вод" Москва, Стройиздат, 1979 г. стр. 203-206.

2. В.Н.Мартенсон "Очистка воды двухступенчатым фильтрованием". Водоснабжение и сан.техника. N 6, 1980 г. с. 25.

Сущность изобретения: фильтр для очистки воды содержит корпус, разделенный цилиндрической перегородкой из проницаемого для ионов металла материала на внешнюю и внутреннюю камеры, первая из которых заполнена загрузкой из смеси гранул, выполненных из электроотрицательного металла и неэлектропроводящего материала, а вторая - гранулами из электроположительного материала, при этом в камерах установлены электроды, замкнутые накоротко. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Фильтр для очистки воды, содержащий корпус, разделенный коаксиально расположенной в корпусе перегородкой на внутреннюю и внешнюю камеры, заполненные фильтрующей загрузкой, отличающийся тем, что загрузка внешней камеры выполнена из смеси гранул из электроотрицательного металла и неэлектропроводящего материала, загрузка внутренней камеры выполнена из электроположительного материала, а перегородка выполнена цилиндрической из материала, проницаемого для ионов металла, при этом в камерах установлены электроды, замкнутые накоротко. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что гранулы загрузки внешней камеры выполнены из алюминия, титана или магния и известняка, кальцита, мела или доломита, а загрузка внутренней камеры из графита, марганца или графита с напылением серебра.