Способ очистки воды

02 1/34 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) Способ очистки воды, включающий совместное омагничивание воды и фильтрующего материала, отличающийся тем, что омагничивание производят переменным магнитным полем, а в качестве фильтрующего материала используют дробленный кремень с крупностью частиц 1-10 мм.(56) 1. А.с. СССР 1507741, МПК С 02 В 9/00, 1989. 2. А.с. СССР 1542911, МПК С 02 1/48, 1990 (прототип). Настоящее изобретение относится к способам обработки водных систем и предназначено для проведения очистки и водоподготовки, в основном, питьевой воды и различных питьевых растворов на основе воды. Оно может быть использовано в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Известно, что для интенсификации различных процессов, происходящих с участием воды, применяют активирование ее магнитным полем как, например, в способе магнитной обработки водных систем 1 и др. Указанные способы предусматривают воздействие на жидкость переменным магнитным полем либо непосредственно,либо путем пропускания потока жидкости вдоль ряда чередующихся по направлению и пространственно разделенных постоянных магнитных полей. В основе магнитной обработки водных систем лежит комплекс эффектов, приводящий к уменьшению размеров частиц водной системы и увеличению их подвижности путем образования ассоциатов воды и разрушения гидратной оболочки ионов, растворенных в воде. Кроме того, магнитное поле воздействует на коллоидные ферро- и парамагнитные микропримеси и растворенный кислород,увеличивая под действием силы Лоренца их подвижность. Все это приводит к изменению физико-химических процессов, происходящих в воде - ускоряется коагуляция, в объеме воды образуется большое количество активных центров (кристаллизации), изменяется смачивание твердых поверхностей, ускоряется и усиливается адсорбция, ускоряется растворение твердых веществ, изменяется концентрация растворенных газов. Преимущества данного способа заключаются в его более высокой производительности, дешевизне и технологичности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ очистки сточных вод 2, согласно которому для очистки воды от эмульгированных масел, взвешенных твердых и смолистых материалов, загрязненную воду подщелачивают пропитанным щелочью зернистым материалом с макропористой поверхностью с крупностью частиц преимущественно 0,1-1 мм, а затем проводят омагничивание полученной смеси с использованием встречно-параллельных магнитных полей. Известный способ позволяет интенсифицировать процесс очистки за счет двух взаимно дополняющих процессов активирования воды в магнитном поле, что приводит к усилению флокуляции (слипанию) частицзагрязнителей и ускорению и усилению адсорбции загрязнений на зернистом материале. Недостатком известного способа является невозможность его применения (в силу используемых реагентов и зернистых материалов) для очистки питьевой воды. 2523 1 Задачей изобретения является повышение производительности процесса обработки питьевой воды, путем ее очистки и кондиционирования. Для решения указанной задачи в известном способе очистки воды, включающем совместное омагничивание воды и фильтрующего материала, омагничивание производят переменным магнитным полем, а в качестве фильтрующего материала используют дробленый кремень с крупностью частиц 1-10 мм. Согласно предлагаемому способу, помимо обработки воды дробленым кремнем, на жидкость и кремень одновременно воздействуют переменным магнитным полем. Переменное магнитное поле вызывает повышение эффективности обработки, воздействуя в процессе обработки не только на воду, что известно, но и на кремень и на физико-химические процессы, происходящие на границе раздела твердой и жидкой фазы. При этом суммарный эффект обработки одновременно обеими известными по отдельности способами не равен простой сумме эффектов. Поскольку основу кремня составляет минерал халцедон (опаловая разновидность), представляющий собой тонкодисперсную, скрытокристаллическую разновидность низкотемпературного или -кварца и имеющий микроволокнистую текстуру, а к тому же и дефекты структуры в виде полостей, трещин и пустот, то поверхность минерала обладает достаточно высокой сорбционной способностью. Далее, поскольку в состав кремня обычно входят оксиды ряда металлов, то в процессе водообработки, согласно известному способу,происходят ионообменные реакции, приводящие к выделению из кремня в водную систему таких обладающих бактерицидным действием ионов металлов, как кобальт, цезий, марганец (в зависимости от состава минерала). И, наконец, необходимо отметить, что в составе кремня, его кристаллической решетки содержится до 2 воды, молекулы которой, при его дроблении, попадают на поверхность раздела фаз и взаимодействуют с образованием водородных связей, с молекулами воды жидкой фазы, что приводит к структурированию последней. В предложенном способе, с одной стороны, процессы сорбции и ионообмена активизируются за счет увеличения подвижности и уменьшения размеров частиц жидкой фазы, а с другой стороны, магнитное поле активизирует сорбционную способность самого кремня. Последнее обусловлено тем, что кристалл кварца является пьезоэлектриком и изменяет свои размеры в соответствии с направлением и амплитудой изменяющегося приложенного электрического поля, связанного с изменяющимся магнитным полем. Периодическое изменение геометрических размеров кристаллов кварца в составе поликристалла минерала вызывает) появление циклических напряжений между ними, что приводит к росту имеющихся трещин, пустот и появлению новых, а значит и к увеличению сорбирующей поверхности. Кроме того, поскольку кристаллы кварца являются диэлектриком, то в приложенном переменном электрическом поле, связанном с переменным магнитным полем, происходит их поляризация и появление на поверхностях кристаллов электрических зарядов,которые увеличивают сорбционную способность поверхности раздела фаз и интенсифицируют ионообменные процессы за счет электрокинетических явлений. Кроме возбуждения вышеуказанных эффектов в твердой фазе,магнитное поле воздействует на электрокинетические явления на границе твердой и жидкой фаз в двойном электрическом слое. Интенсивность электрокинетических явлений определяется потенциалом, величина которого обратно пропорциональна эффективной толщине ионной атмосферы возле поверхности твердой фазы. Под действием силы Лоренца, возбуждаемой переменным магнитным полем, толщина ионной атмосферы уменьшается, что приводит к росту потенциала и, соответственно, интенсивности электрокинетических процессов. Для реализации способа очистки воды дробленым кремнем предложено устройство, включающее электромагнит,в межполюсном пространстве которого помещен контейнер с фильтрующим материалом, снабженный входным и выходным патрубками. В качестве фильтрующего материала используется дробленый кремень, а электромагнит присоединен к генератору переменного тока. Крупность частиц кремня определена из следующих соображений. Поскольку кристалл кремня обладает определенной субструктурой, элементы которой имеют характерный размер порядка 1 мм и менее, то для обеспечения однородности в физических свойствах частиц фильтрующего материала в предлагаемом техническом решении частицы кремня размером менее 1 мм не используются. Частицы кремня размером свыше 10 мм в предлагаемом техническом решении не используются в связи с низкой величиной их удельной поверхности, что делает неэффективным их применение в качестве фильтрующего материала. Согласно предлагаемому способу, в процессе обработки водных систем, изменяют физическое состояние воды и дробленого кремня, за счет приложения к ним пульсирующего магнитного поля. 2523 1 При этом устройство работает следующим образом. По входному патрубку в контейнер самотеком поступает вода для очистки, проходит через слой дробленого кремня и выходит через выходной патрубок. Одновременно включается генератор, который вырабатывает импульсный ток, поступающий на обмотку электромагнита. В обмотке возбуждается магнитное поле с амплитудой до 300 , которое концентрируется в сердечнике электромагнита и замыкается через его межполюсный промежуток. Поток переменного магнитного поля, проходящий через слой дробленого кремня, воздействует на частицы кремня и воду и активирует процессы сорбции и ионообмена. Качество обработки оценивалось по органолептическим показателям, а с помощью спектрофотометра типа СФ-4 измерялось изменение прозрачности обработанной в устройстве воды. В результате апробации устройства было отмечено, что за один цикл фильтрации прозрачность воды повысилась на 1,5-2 , а также значительно улучшились органолептические показатели. Таким образом, предложенный способ позволяет существенно повысить производительность очистки за счет интенсификации процессов сорбции и ионообмена. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.