Способ безреагентной обработки воды Российский патент 2018 года по МПК C02F1/36 C02F1/48 C02F5/00 C02F103/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, растениеводству, пищевой промышленности, а именно к способу безреагентной обработки воды.

Из научно-технической литературы известно, что основные проблемы, возникающие при эксплуатации водопроводных систем, - накипеобразование, коррозия и микробиологические обрастания. Поэтому обеспечение стабильности воды при использовании ее в качестве теплоносителя - одна из основных проблем. Стабильной называют воду, не вызывающую коррозии поверхности металла, с которым она соприкасается, и не выделяющую на этих поверхностях осадков карбоната кальция. Нарушение стабильности воды может быть вызвано наличием растворенной угольной кислоты, сероводорода или кислорода, перенасыщенностью воды карбонатом кальция или гидроксидом магния, повышенной концентрацией сульфатов и (или) хлоридов (см. Беликов С.Е. «Водоподготовка: Справочник», 2007 г., стр. 135).

Известна обработка воды безреагентным способом, включающим обработку воды сверхвысокочастотным электромагнитным излучением (см. патент РФ №2569533, кл. C02F 1/48, 2015 г.)

Недостатком способа является сложность процесса.

Наиболее близким является способ обработки воды или раствора, в котором осуществляют воздействие на воду физическими полями, отличающийся тем, что воду обрабатывают одновременно ультрафиолетовым, инфракрасным излучениями и видимым светом совокупной мощностью не менее 450 ккал/моль/с и модулированным СВЧ или КВЧ-излучением сверхслабой мощности не более 0,5 милливатт в проточном реакторе с входным патрубком для подвода исходной воды и выходным патрубком для отвода обработанной воды, внутри которого размещены излучатель источника комбинированного ультрафиолетового, инфракрасного излучения и видимого света, излучатель источника КВЧ или СВЧ-излучения, кювета для обрабатываемой воды, образованная торцевыми сегментными пластинами, поддерживающими уровень воды высотой, превышающей высоту патрубка для вывода обработанной воды, и соответствующей нижней частью реактора (патент РФ №2457183, кл. C02F 1/32, 2012 г. - прототип).

Существенным недостатком известного способа является сложность процесса и относительно низкая стабильность воды.

Техническим результатом является повышение противонакипной эффективности и упрощение процесса обработки.

Технический результат достигается тем, что в способе безреагентной обработки воды, включающем комбинированное физическое воздействие, согласно изобретению, в качестве физического воздействия используют ультразвуковые колебания и вращающиеся противоположно направленные электромагнитные поля, при этом для создания ультразвуковых колебаний и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопроводы в виде системы ферритовых колец, которые располагают друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия создаваемых вращающихся электромагнитных полей, причем каждое ферритовое кольцо имеет электрические обмотки, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷-35 кГц.

Новизна заявляемого способа безреагентной обработки воды состоит в том, что за счет комбинированного физического воздействия ультразвуковыми колебаниями и вращающимся электромагнитным полем значительно упрощается процесс обработки и улучшаются физические свойства воды.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении уровня данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Способ безреагентной обработки воды применим в сельскохозяйственных предприятиях, растениеводческих хозяйствах, в специализированных теплицах, а также на предприятиях по переработке пищевой продукции, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 показан общий вид устройства для осуществления способа безреагентной обработки воды в разрезе; на фиг. 2 - схема соединения обмоток магнитопровода.

На графических материалах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания сущности изобретения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.

Способ безреагентной обработки воды осуществляют следующим образом.

На поток воды в качестве комбинированного физического воздействия используют ультразвуковые акустические колебания и вращающиеся противоположно направленные электромагнитные поля. Для создания акустического и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопроводы системы ферритовых колец с электрическими обмотками, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷-35 кГц.

Для осуществления способа используют устройство, содержащее цилиндрический немагнитный корпус 1, который имеет внутри магнитострикционный источник ультразвуковых колебаний 2, а снаружи электромагнитную систему 3 из магнитопровода 4 и обмоток 5 с выводами для подключения к источнику питания. На цилиндрическом немагнитном корпусе 1 установлен корпус 6 из диамагнитного материала с осевым сквозным отверстием 7 и имеющий проточку (не показана) для электромагнитной системы 3 и разъем (не показан) для подключения выводов к источнику питания. В электромагнитной системе 3 магнитопровод 4 выполнен в виде нескольких ферритовых колец 8, расположенных друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия создаваемых вращающихся магнитных полей. На каждом ферритовом кольце расположены три обмотки 5 с выводами, подключенными по схеме «звезда», при этом все обмотки на кольцах соединены между собой параллельно и подключены через разъем к источнику переменного трехфазного напряжения в резонансном звуковом диапазоне частот ферритового кольца 32÷35 кГц.

Технические данные устройства: размеры катушки, длина рабочего зазора, число витков и диаметр провода обмоток подбираются в зависимости от количества обрабатываемой воды за единицу времени.

При подаче трехфазного переменного напряжения на обмотки 5 ферритовых колец создается вращающееся электромагнитное поле с противоположным направлением вращения в каждом из ферритовых колец, концентрирующееся в кольцевом зазоре между электромагнитной системой 3 и пластинами магнитострикционного излучателя 2, где протекает поток воды. Определенная конфигурация катушек позволяет устройству в максимальной мере использовать электромагнитную энергию обмотки, создающей вращающиеся магнитное и акустическое поля. Частота электрического тока подбирается так, чтобы возникал резонансный эффект, который заставляет сжиматься и разжиматься ферритовый сердечник, воспроизводя тем самым, звуковые колебания в самом устройстве и колебания, воздействующие на жидкость. В результате одновременно с ультразвуковыми колебаниями и переменным вращающимся электромагнитным полем на поток воды воздействуют акустические колебания, излучаемые внутренней и внешней поверхностями ферритовых колец, что способствует более глубокому (по сравнению с известными устройствами) изменению физических свойств воды, влияющих на повышение стабильности воды.

Эффективность безреагентной обработки воды, а именно комбинированным воздействием ультразвуковыми акустическими колебаниями и вращающимися магнитными полями, доказана в результате проведенных исследований на речной воде (общее солесодержание 1098 мс/л, общая жесткость воды 5,2 мг-экв/л, карбонатная жесткость 2,2 мг-экв/л). Эта вода относится к гидрокарбонатному классу.

Продолжительность каждого цикла исследований составляла 48 ч. Количество накипи, образовавшейся на поверхности нагрева электронагревателя, определяли объемным способом. Для этого с поверхности нагрева удаляли накипь 0,2 нормальным раствором кальцинированной соды. Количество соды, оставшейся после нейтрализации, определяли обратным титрованием 0,2 нормальным раствором соляной кислоты. Разность между общим объемом 0,2 нормального раствора соляной кислоты, израсходованной на растворение накипи и обратное титрование соды, и объемом 0,2 нормального раствора соды даст количество кислоты, израсходованной на растворение накипи. Это количество пересчитывали на содержание карбоната кальция СаСО₃.

Эффективность безреагентной обработки определяли из соотношения:

где M₀ - масса накипи, осевшей на поверхности теплообменника за период τ без обработки воды;

M_m - масса накипи, осевшей на поверхности теплообменника за период τ после обработки воды.

Выбор оптимального режима технологии осуществлялся с применением методов планирования экспериментов. В оптимальном режиме получен противонакипный эффект Θ=0,3.

Таким образом, результаты исследований обработки технической воды показали, что противонакипная эффективность при использовании заявляемого предложения выше, чем у существующих технологий, благодаря обработке воды одновременно электромагнитным полем и акустическими колебаниями.

Изобретение может быть использовано для безреагентной очистки воды в сельском хозяйстве, растениеводстве, пищевой промышленности. Заявленный способ обработки воды включает комбинированное физическое воздействие, в котором используют ультразвуковые колебания и вращающиеся противоположно направленные электромагнитные поля. При этом для создания ультразвуковых колебаний и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопроводы системы ферритовых колец, которые располагают друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия создаваемых вращающихся магнитных полей, причем каждое ферритовое кольцо имеет электрические обмотки, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне частот 32÷35 кГц. Способ обеспечивает повышение стабильности воды и упрощение процесса обработки. 2 ил.

Способ безреагентной обработки воды, включающий комбинированное физическое воздействие, отличающийся тем, что в качестве физического воздействия используют ультразвуковые колебания и вращающиеся противоположно направленные электромагнитные поля, при этом для создания ультразвуковых колебаний и вращающихся электромагнитных полей используют магнитопроводы в виде системы ферритовых колец, которые располагают друг от друга на расстоянии, обеспечивающем исключение перекрытия создаваемых вращающихся электромагнитных полей, причем каждое ферритовое кольцо имеет электрические обмотки, на которые подают трехфазное переменное напряжение в резонансном ультразвуковом диапазоне частот 32÷-35 кГц.