Cпособ обработки водных систем и устройство для его осуществления

02 1/38, 02 1/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(73) Патентообладатель Белорусское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие БелГЕО(71) Заявитель Белорусское государственное научно-исследовательское геологическое предприятие БелГЕО(57) 1. Способ обработки водных систем, включающий воздействие на водную систему дробленым кремнем,отличающийся тем, что дробленый кремень в процессе воздействия подвергают пульсирующему механическому нагружению. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пульсирующее механическое нагружение дробленого кремня производят магнитными частицами, колеблющимися в переменном магнитном поле. 3. Устройство для обработки водных систем, включающее генератор переменного тока с присоединенным к нему электромагнитом, в межполюсном пространстве которого размещен контейнер с фильтрующим материалом, снабженный входным и выходным патрубками, отличающееся тем, что фильтрующий материал представляет собой смесь равных объемов дробленого кремня и магнитных частиц, причем каждая магнитная частица снабжена защитным износостойким химически инертным покрытием. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что защитное износостойкое химически инертное покрытие выполнено из полиэтилена высокого давления. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно снабжено импульсным генератором, присоединенным к электромагниту. Фиг. 1 Настоящее изобретение относится к способам обработки водных систем и предназначено для проведения 1 3232 1 очистки и водоподготовки, в основном питьевой воды и различных питьевых растворов на основе воды, оно может быть использовано в пищевой, фармацевтической и др. отраслях промышленности. Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности обработки водных систем, например питьевой воды, путем интенсификации процесса ее очистки и кондиционирования. Для решения указанной задачи в известном способе обработки водных систем предусматривается воздействие на водную систему дробленым кремнем. В процессе обработки дробленый кремень подвергают пульсирующему механическому нагружению. Кроме того, согласно предлагаемому способу, предусматривается создание пульсирующего механического нагружения на кремень посредством воздействия на частицы кремня магнитными частицами, колеблющимися в переменном магнитном поле. Для реализации способа обработки водных систем дробленым кремнем предложено устройство, включающее электромагнит, в межполюсном пространстве которого размещен контейнер с фильтрующим материалом, снабженный входным и выходным патрубками. В предложенном устройстве в качестве фильтрующего материала используется смесь равных объемов дробленого кремня и магнитных частиц, причем каждая магнитная частица покрыта защитным износостойким химически инертным покрытием, например полиэтиленом высокого давления, а для создания пульсирующего механического напряжения электромагнит присоединен к генератору переменного тока. При этом в предложенном устройстве к электромагниту может быть присоединен дополнительный импульсный генератор. 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 процессы сорбции и ионообмена активизируются, во-первых, за счет применения периодического механического нагружения частиц кремня, которое вызывает периодическое изменение их геометрических размеров. Периодическое изменение геометрических размеров частиц минерала кремня вызывает появление циклических напряжений между кристаллами кварца, составляющими поликристалл кремня, что приводит к росту имеющихся в нем трещин, пустот и появлению новых, а значит, и к увеличению сорбирующей поверхности поликристалла кремня. Во-вторых, поскольку кристалл кварца представляет собой диэлектрик, то при приложении к нему пульсирующего механического переменного напряжения происходит его поляризация и появление на поверхности электрических зарядов, которые увеличивают сорбционную способность поверхности раздела фаз и интенсифицируют ионообменные процессы за счет электрокинетических явлений. Кроме вышеописанных эффектов, возникающих при применении предлагаемого способа в твердой фазе (частице кремня), необходимо указать на интенсификацию процессов на границе двух фаз (кремень-вода), в двойном электрическом слое. Возникающие за счет поляризации на поверхности кристаллов кварца дополнительные электрические заряды выходят на поверхность раздела фаз. Поскольку интенсивность электрокинетических явлений в приповерхностном слое определяется потенциалом, величина которого обратно пропорциональна эффективной толщине ионного слоя возле поверхности твердой фазы, а последняя под действием возникающего переменного электрического поля уменьшается, то это приводит к росту потенциала и, соответственно, интенсивности электрокинетических процессов и увеличению обменных процессов. Кроме того, периодическое изменение геометрических размеров пустот, трещин и полостей приводит к увеличению подвижности и молекул жидкой фазы, что также увеличивает скорость обменных процессов. Кроме того, согласно предлагаемому способу, механическое нагружение частиц кремня происходит за счет давления со стороны магнитных частиц, колеблющихся в приложенном переменном магнитном поле. Кроме осуществления механического перемещения магнитных частиц, переменное магнитное поле воздействует также и на жидкую фазу, что вызывает изменения ее структурной организации. Эти изменения заключаются, во-первых, в образовании ассоциатов воды, во-вторых, в разрушении гидратной оболочки ионов,растворенных в воде, что приводит к уменьшению размеров частиц жидкой фазы и увеличению их подвижности. Кроме того, магнитное поле воздействует на коллоидные ферро- и парамагнитные микропримеси и растворенный кислород, увеличивая под действием силы Лоренца их подвижность. Все указанные эффекты приводят к изменению физико-химических процессов, происходящих в воде ускоряется коагуляция, в объеме воды образуется большое количество активных центров (кристаллизации), изменяется смачивание твер 2 3232 1 дых поверхностей, ускоряется и усиливается адсорбция, ускоряется растворение твердых веществ, изменяется концентрация растворенных газов. Таким образом, переменное магнитное поле, согласно предлагаемому способу обработки, кроме обеспечения механического перемещения магнитных частиц, вызывает комплекс эффектов в жидкой фазе, которые значительно интенсифицируют процессы сорбции и обмена, повышая производительность процесса обработки. Для реализации способа предложено устройство, представленное на фиг. 1. На фиг. 2 показано увеличенное изображение участка А фиг. 1. Устройство для обработки состоит из электромагнита 1 с обмоткой 2, которая подключена к генератору переменного тока 3. В межполюсном промежутке электромагнита 1 размещен контейнер 4, снабженный входным 5 и выходным 6 патрубками. Внутри контейнера 4 помещена фильтрующая смесь 7 равных объемов частиц кремня 8 и магнитных частиц 9. При этом магнитные частицы 9 покрыты защитным износостойким химически инертным покрытием 10, например полиэтиленом высокого давления. Устройство может быть также снабжено дополнительным импульсным генератором 11, к которому подключается обмотка 2. Устройство работает следующим образом. По входному патрубку 5 в контейнер 4 устройства поступает вода для очистки, проходит через фильтрующую смесь 7 и выходит через выходной патрубок 6. Одновременно включается генератор 3, который вырабатывает переменный ток, поступающий на обмотку 2 электромагнита 1. В обмотке 2 возбуждается магнитное поле, которое концентрируется в сердечнике электромагнита 1 и замыкается через его межполюсный промежуток. Поток переменного магнитного поля, проходящий через фильтрующую смесь 7, воздействует на магнитные частицы 9 и вызывает их колебательные перемещения под действием пондеромоторных сил. Магнитные частицы 9 в процессе перемещений периодически воздействуют (надавливают) на частицы кремня 8 и активируют их сорбционную и ионообменную способность. Кроме того, переменное магнитное поле воздействует на протекающую через устройство воду и активирует ее также. Необходимо также отметить, что магнитные частицы фильтрующей смеси выполняют дополнительную функцию - осуществляют концентрацию магнитного потока в зоне обработки. Указанные эффекты повышают интенсивность процессов очистки и водоподготовки воды. Покрытие 10, во-первых, исключает коррозию магнитных частиц 9 и попадание продуктов коррозии в воду, а во-вторых, служит в качестве электроизолирующей прокладки, исключающей потерю на магнитных частицах электрических зарядов, образующихся на поверхности частиц кремня в процессе его механического нагружения. Импульсный генератор 11 используется для проведения регенерации фильтрующей смеси 7. В этом случае генератор 3 отключается, по входному патрубку 5 в контейнер 4 устройства поступает вода для очистки,проходит через фильтрующую смесь 7 и выходит через выходной патрубок 6. Одновременно включается генератор 11 и начинает генерировать импульсы тока, которые при прохождении через обмотки 2 электромагнита 1 возбуждают в межполюсном промежутке электромагнита 1 электромагнитные импульсы, которые, воздействуя на магнитные частицы 9, вызывают их интенсивное встряхивание, вследствие чего частицы кремня 8 подвергаются ударному воздействию, что вызывает отделение от частиц кремня загрязнений, которые уносятся потоком воды. Необходимо отметить, что в последнем случае контейнер 7 устройства изготавливается из непроводящего материала, например ударопрочного пластика. Соотношение объемов частиц кремня и магнитных частиц выбрано из следующих соображений. Поскольку магнитный поток обладает выделенным направлением, вдоль которого и происходят перемещения магнитных частиц, то наиболее благоприятным для создания механического нагружения представляется взаимное расположение частиц кремня и магнитных частиц, как показано на фиг. 2 частица кремня находится между двумя магнитными частицами. В идеальном случае частицы кремня и магнитные частицы должны располагаться слоями, т.е. слой частиц кремня чередуется со слоем магнитных частиц, и, в общем случае,слоев магнитных частиц должно быть на один больше, чем слоев частиц кремня. Однако ввиду того, что размеры частиц кремня и магнитных частиц для обеспечения эффективного механического нагружения каждой частицы кремня должны быть сравнимы, и относительной малости частиц кремня (характерный размер 1-10 мм согласно прототипу), можно считать, что число слоев частиц кремня и магнитных частиц приблизительно одинаково, а следовательно, можно полагать, что равны их общие количества и объемы. Поэтому объемные доли частиц каждого сорта в фильтрующей смеси предлагаемого устройства равны между собой. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.