СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД Российский патент 2009 года по МПК C02F5/00 C02F1/46 C02F1/48 

Описание патента на изобретение RU2373158C1

Способ предназначен для безреагентного умягчения природных вод. Способ может быть использован в области коммунального хозяйства в централизованных системах и децентрализованных системах водоснабжения, а также может быть использован в системах водоснабжения промышленных предприятий.

Известен способ умягчения воды наложением электрического поля частотой 0,5-1,0 Гц, силовые линии которого поперечны направлению движения воды (патент РФ №2002118421, МПК С02F 5/00, С02F 1/46).

Умягчение воды происходит при высоких энергозатратах. Кроме того, низкая частота переменного тока оказывает вредное воздействие на человека.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки электролита электрическим и магнитным полем с целью снижения жесткости воды в оборотных системах водоснабжения предприятий (патент РФ №2229446, МПК С02F 1/48, С02F 103/34). Способ заключается в том, что на электролит воздействуют движущимся электрическим и магнитным полем, причем мгновенные скорости полей поддерживают равными по величине и направлению. Обессоливание воды происходит за счет действия силы Лоренца, возникающей в скрещенных электрическом и магнитном поле. В результате обработки воды получают умягченную воду, которую используют в производстве, и высокоминерализованную воду, которую необходимо утилизировать.

Недостатком способа является образование потока высокоминерализованной воды, утилизация которого является не менее сложной задачей по сравнению с умягчением воды. Кроме того, для реализации способа необходимо применение специального сложного оборудования, ранее не применявшегося в водоподготовке, а также необходимы высокие энергозатраты для создания вращающихся электрического и магнитного полей.

Задачей изобретения является умягчение природных вод с высокой жесткостью посредством воздействия магнитного и электрического поля и извлечение образовавшихся нерастворимых солей жесткости фильтрованием в зернистой загрузке, снижение энергозатрат.

Сущность изобретения заключается в том, что природную воду умягчают воздействием магнитного и электрического поля, причем согласно изобретению воду последовательно фильтруют в ферромагнитном материале, намагниченном внешним магнитным полем, а затем фильтруют в зернистом материале, находящемся в электрическом поле, созданном электрохимическим источником тока. Напряженность внешнего магнитного поля составляет 500-1000 А/м, воду фильтруют в гранулированном феррите фракций 5-10 мм со скоростью 20-40 м/ч. Электрическое поле создают за счет пространственного разделения электроотрицательного и электроположительного электродов, между которыми располагают зернистый фильтрующий материал. Фильтрование в электрическом поле ведут со скоростью 0,6-1,0 м/ч.

На чертеже представлена технологическая схема умягчения воды.

Ферромагнитный фильтр 1 заполнен гранулированным ферритом, обладающим высоким значением магнитной проницаемости. Магнитное поле создается с помощью соленоида 2, электропитание на который подается от источника 3. Выход ферромагнитного фильтра соединен со входом электрического фильтра 4, внутри которого расположен алюминиевый перфорированный анод 5, графитовый перфорированный катод 6, соединенные проводником 7. Пространство между катодом и анодом заполнено минеральным зернистым материалом, например, силицированным кальцитом 8.

Способ осуществляется следующим образом. Вода фильтруется последовательно в магнитном поле, а затем в электрическом поле. Магнитное поле создается любым способом, например с помощью соленоида. Под действием внешнего магнитного поля намагничиваются гранулы феррита, в результате чего между гранулами феррита возникает внутреннее магнитное поле высокой напряженности. Магнитная обработка воды изменяет физико-химические свойства воды, например вязкость, электропроводность, диэлектрическую проницаемость, а также влияет на свойства солей, растворенных в воде. При фильтровании воды в магнитном поле, как было установлено, не происходит образования нерастворимых солей и изменения жесткости.

При дальнейшем фильтровании воды в электрическом поле электрохимического источника тока наблюдается осадкообразование. Кристаллизация солей жесткости происходит как за счет влияния подщелачивающего эффекта вблизи поверхности зерен фильтрующего материала (силицированного кальцита), так и за счет поляризации этих минеральных зерен загрузки. Ионы кальция под действием электростатических сил стремятся к поверхности зерен фильтрующего материала, вблизи которых вода обладает щелочными свойствами, при этом образуются гидроксиды кальция, сульфаты кальция и основные соли кальция, обладающие низкой растворимостью. Образовавшийся осадок удерживается в толще фильтрующего материала, а вода умягчается.

Регенерация фильтрующих материалов осуществляется обратным током воды.

Пример 1. Умягчению подвергали природные воды из скважины №51 Южного водозабора г.Уфы. В воде содержатся следующие минеральные вещества, мг/л: кальций 416, магний 26, сульфаты 246, карбонаты 159. Жесткость воды общая 22 мг-экв/л, жесткость карбонатная 17,6 мг-экв/л, рН 7,1.

Воду фильтровали в ферромагнитном фильтрате, загруженном гранулами феррита фракции 5-10 мм. Для оптимизации процесса измеряли скорость фильтрования и напряженность магнитного поля.

Затем воду фильтровали в электрохимическом фильтре в направлении сверху вниз. В верхней части фильтра располагали алюминиевый перфорированный диск (анод), в нижней части - графитовый перфорированный диск (катод), катод и анод соединены проводником. Пространство между катодом и анодом заполнено минеральным зернистым фильтрующим материалом - силицированным кальцитом, который относится к активным фильтрующим материалам с подщелачивающим эффектом.

Напряженность магнитного поля меняли от 0 до 2000 А/м, скорость фильтрования в магнитном поле поддерживали равной 20 м/ч, результаты опытов представлены в таблице 1.

Из приведенных результатов следует, что лучший эффект умягчения воды наблюдается при напряженности магнитного поля 500-1000 А/м при скорости фильтрования в электрическом поле 0,6-1,0 м/ч. При увеличении напряженности магнитного поля до 2000 А/м эффект умягчения увеличивается незначительно при увеличении энергозатрат вдвое. За пределами остальных границ эффект умягчения ухудшается.

Пример 2. Провели опыт по умягчению той же воды при напряженности магнитного поля 500 А/м и оптимальной скорости фильтрования в электрохимическом фильтре, равной 1,0 м/ч. Скорость фильтрования в ферромагнитном фильтре меняли от 0 до 60 м/ч. Результаты опытов представлены в таблице 2.

Из приведенных результатов следует, что оптимальная скорость лежит в пределах от 20 до 40 м/ч. При скорости фильтрования 10 м/ч эффект умягчения увеличивается незначительно относительно скорости 20 м/ч, однако производительность фильтра уменьшается вдвое.

В опытах на соленоид подавали напряжение 100 В, ток 1 А, при этом создавали магнитное поле напряженностью 1000 А/м. При производительности ферромагнитного фильтра 5 м3/ч затраты энергии составляли 0,02 кВт·ч на 1 м3 воды.

Затраты энергии в электрическом фильтре отсутствуют. Следовательно, предложенный способ относится к энергосберегающим технологиям.

Таблица 1 Напряженность магнитного поля, А/м Жесткость умягченной воды (мг-экв/л) при скорости фильтрования в электрохимическом фильтре, м/ч 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,2 0 9,4 7,9 7,8 8,6 9,7 11,9 200 7,0 5,9 6,0 6,7 7,8 9,5 500 5,9 5,0 5,0 5,8 6,6 7,9 1000 5,5 4,8 4,7 5,3 6,4 7,6 2000 5,3 4,7 4,5 5,1 6,1 7,3

Таблица 2 Скорость фильтрования в ферромагнитном фильтре, м/ч 0 10 20 40 60 Жесткость умягченной воды, мг-экв/л 7,8 4,8 5,0 5,2 6,5

Похожие патенты RU2373158C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД 2008
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
  • Хабибуллина Маргарита Рафиловна
RU2369565C1
Способ очистки грунтовых вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов 2019
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
RU2712692C1
ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ 1994
  • Назаров В.Д.
  • Семенова Э.В.
RU2068394C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ НЕФТЕШЛАМА 2018
  • Разумов Владимир Юрьевич
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
RU2691422C1
Способ очистки поверхностных вод от взвешенных веществ, нефтепродуктов, тяжелых металлов, органических веществ 2018
  • Назаров Максим Владимирович
RU2701833C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Алексеев Станислав Александрович
  • Назаров Максим Владимирович
RU2337070C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕПРОТОЧНЫХ ВОДОЁМОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 2016
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
  • Галинуров Ильдус Рафикович
  • Разумов Владимир Юрьевич
  • Гараев Ильшат Фаритович
  • Ахметов Тимур Олегович
RU2630552C1
ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ 2011
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
  • Крупина Ольга Владимировна
  • Зенцов Вячеслав Николаевич
RU2466102C1
СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД 2008
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
  • Хабибуллина Маргарита Рафиловна
RU2390506C2
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ 2018
  • Назаров Владимир Дмитриевич
  • Назаров Максим Владимирович
RU2708773C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 373 158 C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД

Способ предназначен для безреагентного умягчения природных вод и может быть использован в области коммунального хозяйства в централизованных системах и децентрализованных системах водоснабжения, в системах водоснабжения промышленных предприятий. Сущность изобретения заключается в том, что природную воду умягчают воздействием магнитного и электрического поля, причем воду последовательно фильтруют в ферромагнитном материале, намагниченном внешним магнитным полем, а затем фильтруют в зернистом материале, находящемся в электрическом поле, созданном электрохимическим источником тока. Напряженность внешнего магнитного поля составляет 500-1000 А/м, воду фильтруют в гранулированном феррите фракций 5-10 мм со скоростью 20-40 м/ч. Электрическое поле создают за счет пространственного разделения электроотрицательного и электроположительного электродов, между которыми располагают зернистый фильтрующий материал. Фильтрование в электрическом поле ведут со скоростью 0,6-1,0 м/ч. Способ позволяет умягчать природные воды с высокой жесткостью посредством воздействия магнитного и электрического поля и извлечение образовавшихся нерастворимых солей жесткости фильтрованием в зернистой загрузке. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 373 158 C1

1. Способ умягчения природных вод, включающий воздействие магнитного и электрического полей, отличающийся тем, что воду последовательно фильтруют со скоростью 20-40 м/ч в ферромагнитном материале, намагниченном внешним магнитным полем напряженностью 500-1000 А/м, а затем фильтруют в зернистом материале, находящемся в электрическом поле, созданном электрохимическим источником тока, со скоростью 0,6-1,0 м/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферромагнитного материала применяют гранулированный феррит фракции 5-10 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрическое поле создают за счет пространственного разделения электроотрицательного и электроположительного электродов, между которыми располагают фильтрующий зернистый материал.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2373158C1

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЛИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2002
  • Булгаков Борис Борисович
  • Булгаков Алексей Борисович
  • Гурвич Георгий Алексеевич
RU2229446C1
Устройство для магнитной обработки водных систем 1984
  • Демчук Людмила Адамовна
  • Фойкин Петр Тимофеевич
  • Габдрахманов Флун Яксупович
  • Лейберт Борис Михайлович
SU1212970A1
ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ 1994
  • Назаров В.Д.
  • Семенова Э.В.
RU2068394C1
Способ фильтрования жидкости и газа 1988
  • Шараев Александр Сергеевич
  • Бордунов Владимир Васильевич
SU1611397A1
US 3898150 A, 05.08.1975
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ 2000
  • Руденок В.А.
  • Березкин С.В.
  • Ковязин Ю.В.
  • Колосова Е.П.
RU2199489C2

RU 2 373 158 C1

Авторы

Назаров Владимир Дмитриевич

Назаров Максим Владимирович

Смирнов Юрий Юрьевич

Хабибуллина Маргарита Рафиловна

Даты

2009-11-20Публикация

2008-03-24Подача