Способ очистки вод, загрязненых вредными элементами

(51) 04 3/00 (2006.01) 02 1/38 (2006.01) 01 21/26 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей изобретения является разработка эффективного способа очистки вод, загрязненных вредными элементами. Техническим результатом является уменьшение энергозатрат, времени очистки воды, повышение экологической безопасности, отсутствие необходимости размещения жидких отходов. Это достигается тем, что в способе очистки вод,загрязненных вредными элементами, включающий центрифугирование, согласно изобретению, очистку вод ведут с помощью аппарата, состоящего из двух криволинейных по конфигурации камер,вращающихся в противоположные стороны, при этом число оборотоваппарата определяют по предложенной нами формуле.(76) Рогов Евгений Иванович Лайкин Валерий Константинович Рогов Андрей Евгеньевич Якимович Григорий Анатольевич(57) Изобретение относится к общенародному хозяйствованию и может быть применено везде, где требуется предварительная очистка питьевых и иных вод. 22360 Изобретение относится к общенародному хозяйствованию и может быть применено везде, где требуется предварительная очистка питьевых и иных вод. К настоящему времени известно много различных технологии очищения вод, пригодных для хозяйственных, бытовых и других вод специального назначения. За прототип принимается известные гидроциклоны - аппараты для разделения в водной среде зерен минералов, различающихся по массе, в частности центробежный сепаратор, в котором более тяжелая жидкость отжимается под действием центробежной силы к периферии сепаратора, откуда и удаляется см. Политехнический словарь (с. 115 и 446) Изд-во Советская энциклопедия, М. 1977.с. 608. Этот способ обладает рядом существенных недостатков- сложная технологическая схема очистки воды от вредных примесей- многооперационность при очистке комплекса от вредных примесей и дороговизна операций- трудно решаемая проблема размещения жидких отходов, т.е. экологическая сложность размещения отходов технологии от очистки воды. Для устранения указанных главных недостатков,существующих в известных способах очистки воды от вредных элементов и в прототипе, предлагается центробежный способ отделения элементов,находящихся в растворе с водой. Задачей изобретения является разработка эффективного способа очистки вод, загрязненных вредными элементами. Техническим результатом является уменьшение энергозатрат, времени очистки воды, повышение экологической безопасности, отсутствие необходимости размещения жидких отходов. Это достигается тем, что в способе очистки вод,загрязненных вредными элементами, включающий центрифугирование, согласно изобретению, очистку вод ведут с помощью аппарата, состоящего из двух криволинейных по конфигурации камер,вращающихся в противоположные стороны, при этом число оборотоваппарата определяют по формуле (5), гдеи- статистические коэффициенты,определяемые в условиях лабораторных опытов М - минимальный молекулярный вес вредности,моль- минимальный внутренний радиус сосуда, м Рассматривается процесс отделения вредных элементов из воды, находящихся в растворе. С позиции выделения их из воды центробежными силами, реализуемыми за счт высокой скорости вращения специальных сосудов, заполненных загрязннной водой (фиг. 1). В конструкции аппарата (фиг. 1) приняты криволинейные стенки сосудов 1 и 2 для равномерного по стенкам оседания вредных элементов. Центробежные силы в конусных вращающихся сосудах определяют по формуле где- масса растворнных в воде вредных веществ- линейная скорость любой точки на внутренней поверхности конуса с переменным радиусом - . При числе оборотовоб/сек скорость определяют по формуле 2(2) Будем исходить из нагрузки на массу - , равной критическому числу кр, при которой происходит отделение из воды вредных элементов кр(4) Необходимое число оборотов при вращении сосудов находим из уравнения (4) Из формулы (5) следует, что для криволинейной поверхности вращающихся сосудов 1 и 2 навстречу наоборот минимальное число оборотовбудет соответственно для радиуса. Реализация этого объективного эффекта при вращении в криволинейных стенках сосуда происходит равномерное разделение по удельным молекулярным весам растворнных в воде веществ,при этом самые лгкие молекулы будут выделяться на малых радиусах и наоборот. Дадим анализ наиболее характерного комплекса вредных элементов в воде с позиции их молекулярного веса в молях. Н 2 О- вода М 21618- натрий М 23 Ка - калий М 39- магний М 24,4 Са - кальций М 69,72 М - марганец М 24,3 С - хлор М 35,4 О 4 - соединение М 96 22360 НСО 3- соединение М 61 СО 3 - соединение М 60 3 - соединение М 61- фтор М 19 2 - соединение М 60 В-бор М 11 Все вредные элементы в воде (Н 2 О), кроме бора,имеют молекулярный вес больше воды. При достаточных экспериментально устанавливаемых скоростях вращения сосудов 1 и 2 (фиг.1.) и их кривизне они выделяются на молекулярном уровне из раствора и переводятся в тврдую фазу. В этом состоит суть изобретения, основанная на- разнице молекулярных весов элементов,растворнных в воде для очистки- разнице в радиусе вращения и следовательно, в скорости криволинейного движения молекул различных элементов- разнице центробежных сил, при которых из раствора элементов они переходят в тврдую фазу. При этом наиболее лгкие элементы концентрируются в самой нижней части верхнего 1,а тяжелые в самой нижней части 2 устройства(фиг.1.). Для каждого вредного элемента с молекулярным весом - М присутствующим в воде,существует критическая скорость вращения ,которая по экспоненте зависит от Ме-Моб/мин,(6) гдеи- статистические постоянные определяемые опытным лабораторным путм. Из формулы (6) следует- чем больше молекулярная масса элемента ,тем меньше значениекритической скорости отделения его и перехода в тврдую фазу и наоборот. Провести полный эксперимент в натуре по всем 14-ти вредностям стоит дорого и требует много скорость вращения сосудов выбирают, исходя из самого лгкого вредного в воде элемента, в нашем случае бора (В). Опытным путем получена следующая расчетная формула получают искомый параметрк где- минимальный внутренний радиус сосуда, м. По нашим предварительным экспериментальным данным при параметкр 1800 об/мин, за время не более одной минуты (30-40 сек.) происходит очистка воды от вредных элементов в объме 1 м 3 на 1 м 3 агрегата. При двух камерной системе число оборотовснижается до 900 об/мин. При этом за 1 минуту происходит очистка воды от всех вредных элементов, кроме бора. При экспериментальным данным определенны 21000,08 и Мб 11 моль. При этом получено уравнение для определения скорости вращения камеры(9) где- критическая скорость вращения камеры,при которой отделяется из воды самый легки элемент - бор, об/мин М - молекулярная масса бора, молей. При М 11 молей получается Таким образом, при величине оборотов верхней и нижней частей агрегата в 900 в минуту будет достигаться полная очистка воды от вредных элементов до норм ПДК и ниже. Критическая величина оборотов верхней и нижней частейзеркально геометрически отображнной нижней части составит 150 об/с при 0,1 Иными словами в нижней части устройства будут при 0,01 м развиваться центробежные силы больше 3 трх миллионов . Для самого тяжлого компонента О 4- 96 молей, при той же скорости вращения оси 150 об/с, будем иметь при 1 м. 421212106 кр 407,20,0896 т.е. в верхней части устройства для тяжлого компонента 4 будет развиваться сила в 407 . Время для перехода вредных элементов всегда пропорционально числу оборотов вращения. Лабораторные испытания проводились на первом опытном образце. В аппарат при скорости вращения сосудов (7) 900 об/мин. Подавалась пластовая вода, зараженная техногенезом после подземного скважинного выщелачивания урана. Всего было пропущено 2500 л воды, которая была отобрана из откаточных скважин участка ОПВ-2 месторождения Акдала. Результаты очистки приведены в таблице 1, из которой следует высокая эффективность нового способа по очистке любых вод. Время очистки указанного объема воды составило 15 минут. На экспериментальной установке были проведены предварительные испытания по очистке пластовых вод из продуктивных пластов после подземного скважинного выщелачивания (ПСВ) урана и получены весьма положительные результаты (табл. 1). 3 19922 Таблица 1 Результаты очистки пластовых вод после отработки блоков ПСВ урана.пп С целью уменьшения числа оборотов на валу одного сепаратора монтируют их пару, что позволяет сократить общее время процесса очистки воды. Эффективность нового способа очистки воды от вредных элементов состоит в- полной независимости процесса очистки от наличия на месте линий электропередач,канализации и прочих коммуникаций- простоте и экологической чистоте нового способа очистки воды, для которой нет необходимости размещения жидких отходов. Экологический эффект нового способа очистки воды от вредных элементов слагается за счт- малой энергомкости процесса в сравнении с аналогом- сокращения времени очистки воды- любого уровня локализации процесса очистки скважина, водом, целый район или регион- высокого уровня экологической наджности нового способа. Конструктивная реализация данного нового способа может быть весьма различной и она должна быть адаптирована к конкретным условиям целей и задач по очистке воды. Содержание, мг/л В растворе после очистки воды 176 20 0,1 0,25 0,1 0,06 7,8 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ очистки вод,включающий центрифугирование, отличающийся тем, что очистку вод ведут с помощью аппарата, состоящего из двух криволинейных по конфигурации камер,вращающихся в противоположные стороны, при этом число оборотоваппарата определяют по формуле гдеи- статистические коэффициенты,определяемые в условиях лабораторных опытов М - минимальный молекулярный вес вредности,моль- минимальный внутренний радиус сосуда, м 9,81 м/с 2 ускорение силы тяжести.