СПОСОБ ЭЛЕКТРООЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2016 года по МПК C02F1/46 B03C5/00 

Изобретение относится к физико-химическим средствам очистки и обеззараживанию загрязненных жидких сред.

Известен способ очистки и обезвреживания загрязненных жидкостей [1], который включает пропускание жидкости через фильтрующий зернистый материал с размером частиц 0,1-3,0 мм, через дополнительные электродные ячейки, до и после прохождения жидкостью фильтрующего зернистого материала. Процесс отвода электролизных и сопутствующих им газов осуществляют в направлении, не соответствующем направлению движения очищенной жидкости. Стадию регенерации осуществляют посредством совокупности очистки фильтрующего зернистого материала и электродов в потоке пульпы, образующейся при разуплотнении дисперсного материала в межэлектродных зонах в 1,3-3,0 раза.

Недостатками способа являются не полностью реализованный потенциал данного физико-химического подхода и, соответственно, недостаточная эффективность очистки и регенерации путем описанной техники электрообработки.

Известен способ разделения жидких гетерогенных систем, включающий в себя пропускания жидких систем через колонку, содержащую дисперсный материал с размером частиц 0,1-3,0 см, обладающий неоднородной поверхностью, и поляризованный электрическим полем с напряженностью не менее 1 В/см. [2].

Недостатком способа является невысокая эффективность регенерации, приводящая к необходимости осуществлять многократную очистку жидкости при сверхнизких скоростях ее прохождения.

Известен взятый за прототип способ очистки воды от инородных включений [3], включающий стадии прокачки ее через установку, содержащую наполнитель, и последующую регенерацию наполнителя, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют сегнетокерамику, а регенерацию осуществляют регенерирующим раствором, при этом по крайней мере на одной из стадий поляризуют сегнетокерамику электрическим полем с напряженностью не менее 30 В/см². Причем очистку производят без наложения на сегнетокерамику внешнего электрического поля, а регенерацию при наложении электрического поля, а в качестве регенерирующего раствора используют обратный поток воды или раствора солей с концентрацией 1-4%.

Недостатком способа является малая эффективность очистки после выключения процесса регенерации, поскольку прекращается процесс электроочистки. Это связано с тем, что авторы изобретения рассматривали процесс регенерации на свободно плавающих зернах и не рассматривали процесс, когда зерна соприкасаются.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности регенерации сегнетокерамического фильтрующего зернистого материала.

Указанный результат достигается путем нанесения на сегнетокерамический фильтрующий зернистый материал с неоднородной поверхностью, а именно титанат бария с размером зерен 0,1-3,0 мм покрытия из сополимера стирола с дивинилбензолом, имеющим диэлектрическую проницаемость, сравнимую с диэлектрической проницаемостью фильтрующего материала в результате чего выравнивается концентрация загрязняющих веществ по поверхности зерен.

Сущность изобретения иллюстрируется рисунками. На фиг. 1а приведено изображение концентрации загрязняющих веществ в местах соприкосновения зерен, а на фиг 1б изображено распределение загрязняющих веществ на поверхности зерен после покрытия их полимерной пленкой, где обозначено:

1 - зерна сегнетокерамического фильтрующего зернистого материала, 2 - микроорганизмы и иные загрязняющие вещества. На фиг. 2 приведена таблица, иллюстрирующая эффективность процессов сорбции-десорбции клеток Sh. sonnei при использовании разного фильтрующего материала. На фиг. 3 - зависимость процессов сорбции - десорбции микробных клеток от покрытия гранул сегнетоэлектрика полимерной пленкой.

Выполненные экспериментальные исследования показали, что достаточно высокий электросорбционный и десорбционный эффект (процесс регенерации) надежно воспроизводится на сегнетокерамических, кварцевых и других фильтрующих материалах (фиг. 2). Наибольшая зависимость эффекта сорбции на этих параметров выявила для кварца и стеклянной ваты. По данным измерений на стандартную сегнетокерамическую массу адсорбируется ≈80% микроорганизмов, содержащихся в исходном материале.

Десорбировать при промывке фильтрующий зернистый материал удалось приблизительно ≈50% сорбированного материала, что по отношению к исходной концентрации составляет 38,7-41,2%.

Такое явление оказалось связанным с особенностями распределения высокого электростатического заряда на гранулах сорбента (сегнетокерамического фильтрующего зернистого материала).

Микроскопическое исследование поляризованных сегнетоэлектрических гранул, показало, что наиболее высокие напряженности электрического поля в доменах, а следовательно концентрирование микроорганизмов происходит только в местах контактов гранул между собой (Фиг. 2а).

В связи с этим основная часть поверхности зерен сегнетоэлектриков в силу слабого электрического заряда не активно сорбирует клетки микроорганизмов и других примесей, а десорбция микроорганизмов с сильно заряженных участков происходит не полностью.

Для преодоления этих затруднений необходимо было обеспечить эффект рассеивания «пучков» электрического поля высокой концентрации, образующихся в местах соприкосновения гранул сегнетоэлектрика.

Такое рассеяние было выполнено с помощью полимерного покрытия с использованием в качестве вещества покрытия сополимер стирол с дивинилбензолом, имеющего приемлемую гидрофобность и диэлектрическую проницаемость (ε), сравнимую с такой же характеристикой титаната бария (ε) - от 1250 до 10000 и нанесенного на сегнетокерамический фильтрующий зернистый материал, выполненный из титаната бария марки Т-10000 с дисперсностью гранул 0,25-0,5 мм.

При близких значениях диэлектрических проницаемостей полимерного покрытия и зерен сегнетоэлектрика обеспечивается равномерное распределение заряда на гранулах. Результаты эксперимента показали, что покрытие резко увеличивает их элекросорбционную емкость и заметно улучшает процесс десорбции материала при снятии электрического поля (фиг. 3).

Предложенный способ может быть использован в промышленных электросорбционных аппаратах, производительностью от 1-50 м³ в сутки. По данным серии экспериментов с разными микроорганизмами электросорбирующий оптимум сегнетоэлектрика с полимерным покрытием и ε=10000 постоянно достигается при внешних напряжениях в пределах 9-12 В. При напряжениях выше 25-30 В или ниже 5-7 В отличается резкий спад сорбирующего эффекта даже при достаточно низких скоростях потока (10-20 мл/мин).

Источники информации

1. Способ очистки и обезвреживания загрязненных жидкостей и устройство для его осуществления: пат. 2171788 Рос. Федерация: МПК ⁷ C02F 1/46, B03C 5/00, C02F 1/46, C02F 101:20, C02F 101:22, C02F 101:32 / Андреев B.C., заявитель и патентообладатель Андреев B.C. - 2000111960/12. Заявл. 16.05.2000, опубл. 10.08.2001.

2. Способ разделения жидких гетерогенных систем и устройство для его осуществления: пат. 2077955 Рос. Федерация: МПК ⁶ B03C 5/00 / Андреев B.C., заявитель и патентообладатель Андреев B.C. - 94037161/25. Заявл. 30.09.1994, опубл. 27.04.1997

3. Способ очистки воды от инородных включений: пат. 2080302 Рос. Федерация: МПК ⁶ C02F 1/46 / Андреев B.C., заявитель и патентообладатель Андреев B.C. - 93008058/25. Заявл. 10.02.1993, опубл. 27.05.1997.

Изобретение относится к физико-химическим средствам очистки и обезараживанию загрязненных жидких сред. Способ электроочистки и обеззараживания загрязненных жидкостей включает в себя электросорбцию загрязнений путем пропускания жидкости через сегнетокерамический фильтрующий зернистый материал 1, помещенный в знакопостоянное электрическое поле, и последующую десорбцию фильтрующего материала. В качестве зернистого материала используют титанат бария с размером зерен 0,1-3,0 мм, обладающий неоднородной поверхностью, с нанесенным на него покрытием из сополимера стирола с дивинилбензолом, имеющим диэлектрическую проницаемость, сравнимую с диэлектрической проницаемостью фильтрующего материала, при этом во время десорбции фильтрующего материала электрическое поле отключают. Технический результат - увеличение электросорбционной емкости фильтрующего зернистого материала. 3 ил.

Способ электроочистки и обеззараживания загрязненных жидкостей, включающий в себя электросорбцию загрязнений путем пропускания жидкости через сегнетокерамический фильтрующий зернистый материал, помещенный в знакопостоянное электрическое поле, и последующую десорбцию фильтрующего материала, отличающийся тем, что в качестве зернистого материала используют титанат бария с размером зерен 0,1-3,0 мм, обладающий неоднородной поверхностью, с нанесенным на него покрытием из сополимера стирола с дивинилбензолом, имеющим диэлектрическую проницаемость, сравнимую с диэлектрической проницаемостью фильтрующего материала, при этом во время десорбции фильтрующего материала электрическое поле отключают.