PL68912Y1 - Urządzenie do usuwania z wody związków żelaza poprzez oddziaływanie na wodę polem magnetycznym - Google Patents

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest urządzenie do usuwania z wody żelaza w postaci jonowej i koloidalnej, poprzez oddziaływanie na wodę polem magnetycznym. Żelazo w wodzie może występować w postaci jonowej - najczęściej jako wodorowęglan żelazawy - i koloidalnej. Postać koloidalna może być reprezentowana przez wodorotlenki żelaza bądź wodorotlenki mieszane o własnościach paramagnetycznych oraz przykładowo tlenki typu spineli. Często żelazo może też występować w połączeniu ze związkami organicznymi. Z kwasami humusowymi, zaliczanymi do ligandów organicznych, żelazo często tworzy bardzo trwałe i trudne do usunięcia połączenia. Już niewielka ilość żelaza w wodzie może też powodować rozwój bakterii żelazistych w obiegach, co przyspiesza korozję i pogarsza parametry fizykochemiczne wody.

Oczyszczanie wody z żelaza klasycznymi metodami odbywa się w następujący sposób - wodę napowietrza się i utlenia żelazo dwu wartościowe do żelaza trójwartościowego za pomocą tlenu rozpuszczonego w wodzie a następnie usuwa wytworzony wodorotlenek żelaza (III) drogą sedymentacji, na przykład w osadnikach lub poprzez filtrowanie, najczęściej w filtrach żwirowych. Świeżo wytworzone wodorotlenki żelaza trudno koagulują i sedymentują a tym samym usuwanie ich z wody stanowi poważny problem - często konieczny jest długi czas prowadzenia reakcji, co wymaga zbiorników retencyjnych o dużej pojemności.

Znane są sposoby uzdatniania medium poprzez oddziaływanie pola magnetycznego. Sposoby takie można wykorzystywać do oczyszczania lub uzdatniania wody, paliw ciekłych i paliw gazowych. Poprzez oddziaływanie polem magnetycznym na przepływające medium uzyskuje się odpowiednią polaryzację cząsteczek medium i odpowiednie ich uporządkowanie, co wpływa na pożądane właściwości danego medium. Z opisu patentowego PL 151 288 znany jest sposób magnetohydrodynamicznego uzdatniania wody polegający na tym, że wodę zawierającą kwas krzemowy, magnetyt oraz rozpuszczone w niej sole, przepuszcza się wielokrotnie z prędkością 0,67-2,72 m/s i z gradientem prędkości 100-200 1/s przez obszary o natężeniu pola magnetycznego wynoszącego 0,82 x 105—1,64 x 105 A/m oraz o gradiencie pola magnetycznego wynoszącego 1,14 x 107-2,2 x 107 A/m2, przy czym ilość kwasu krzemowego wynosi 5-100 g/m3 wody a magnetytu 0,5-1,0 g przy przepływie 1 m3 wody na godzinę.

Znanych jest wiele urządzeń do uzdatniania medium polem magnetycznym. Z opisu patentowego PL 172 543 znane jest urządzenie do obróbki cieczy z wykorzystaniem pola magnetycznego. Urządzenie składa się z rurowego korpusu, w którym umieszczony jest pakiet magnetyczny zestawiony z pierścieniowych magnesów zaopatrzonych w zewnętrzne osłony i nabie-gunników, zawieszony na trzpieniu centrującym zamocowanym środkowo w dwóch pokrywach korpusu. Urządzenie ma przestrzenne nabiegunniki dzielone, składające się z dwóch segmentów, pomiędzy którymi zachowana jest pusta komora. Co najmniej dwa segmenty nabiegunników usytuowane na początku kanału przepływu cieczy mają zewnętrzną średnicę większą od średnicy pozostałych segmentów nabiegunników. Średnica drugiego z nich jest większa niż średnica pierwszego zaś pomiędzy segmentami nabiegunników osadzone są przekładki.

Jednym z efektów magnetohydrodynamicznego uzdatniania wód naturalnych jest wytwarzanie aktywnej krzemionki. Stwierdzono, że obecne we wszystkich wodach naturalnych różne formy krzemionki, krzemianów i kwasów krzemowych, pod wpływem uzdatniania metodą magnetohydrodyna-miczną przechodzą do postaci aktywnej, między innymi na drodze polikondensacji. Skutkuje to tym, że w uzdatnianej wodzie mogą się pojawić aktywne polimery (polikondensaty) krzemianowe o własnościach flokulacyjnych i koagulacyjnych, które bardzo skutecznie wspomagają usuwanie wytworzonych wodorotlenków żelaza na drodze sedymentacji lub filtracji.

Urządzenie według wzoru użytkowego zawiera zespół magnesów trwałych przedzielonych na-biegunnikami o różnych średnicach, usytuowanych wewnątrz korpusu przewodzącego wodę.

Istota rozwiązania według wzoru użytkowego polega na tym, że w korpusie od strony wlotu wody na odcinku od 1/3 do 1/2 długości usytuowane są nabiegunniki o większej średnicy, malejącej w kierunku przepływu wody zaś na dalszej drodze przepływu wody w kierunku jej wylotu usytuowane są nabiegunniki o jednakowej średnicy, mniejszej niż średnica nabiegunników usytuowanych bliżej wlotu wody. Korpus usytuowany jest pionowo, dla przepływu uzdatnianej wody z góry na dół.

Zaletą rozwiązania według wzoru użytkowego jest wydajne utlenianie żelaza jonowego obecnego w wodzie. Dodatkowo zmniejszenie średnicy nabiegunników w strefie reakcyjnej powoduje zmniejszenie szybkości przepływu wody i tym samym wydłużenie czasu reakcji. Pozwala to na skuteczniej-

Claims (2)

1. sze usuwanie żelaza z większości wód naturalnych i przemysłowych bez konieczności długiego prowadzenia reakcji tj. bez konieczności budowy dużych zbiorników retencyjnych oraz bez konieczności dodawania wspomagających środków chemicznych. W przykładowym zastosowaniu uzyskano kilkukrotnie niższą zawartość żelaza w wodzie po uzdatnieniu w porównaniu z metodami tradycyjnymi. Urządzenie może być stosowane jako element wspomagający w istniejących instalacjach odżelaziania wody. Dodatkowo powstawanie aktywnych polikrzemianów, zabezpiecza obiegi i urządzenia przed wytrącaniem się twardych osadów typu kalcytu, zabezpiecza też kapilary stosowane do nawadniania roślin przed zarastaniem osadami węglanu wapnia (kalcytu). W wyniku obróbki wody sposobem według wzoru użytkowego powstaje niewielka ilość nie zrastających się mulistych osadów, łatwych do usuwania. Rozwiązanie według wzoru użytkowego przedstawione jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie w częściowym półprzekroju wzdłużnym i częściowym półwidoku. Ponadto fig.
2. 2 przedstawia widmo mossbauerowskie osadu odfiltrowanego z wody po odżela-zieniu wody podziemnej za pomocą urządzenia według wzoru użytkowego. Na wydruku pomiarów „velocity" oznacza prędkość zaś „number of counts" oznacza liczbę zliczeń przy pomiarze przeprowadzanym znaną rutynową metodą. Urządzenie zawiera walcowy korpus 1 i osadzone w nim magnesy 2 usytuowane przeciwległe i skierowane biegunami przeciwnymi do wnętrza korpusu 1. Zewnętrzne bieguny magnesów 2 połączone są przedzielającymi je ferromagnetycznymi nabiegunnikami. Od strony wlotu wody na odcinku od 1/3 do 1/2 długości usytuowane są nabiegunniki 3A o większej średnicy, malejącej w kierunku przepływu wody. Nabiegunniki 3A o większej średnicy wyznaczają umowną strefę aktywacyjną A urządzenia. W dalszej kolejności w kanale korpusu 1 na drodze przepływu wody w kierunku jej wylotu usytuowane są nabiegunniki 3B o jednakowej średnicy, mniejszej niż średnica nabiegunników 3A usytuowanych bliżej wlotu wody. Nabiegunniki 3B wyznaczają umowną strefę reakcyjną B urządzenia. Kanał przepływu wody usytuowany jest w pozycji pionowej, dla przepływu uzdatnianej wody z góry na dół. Obwodowy kanał w strefie aktywacyjnej A ma mniejszy przelot a w strefie reakcyjnej B -obwodowy kanał ma większy przelot. Pole magnetyczne wytworzone przez magnesy 2 rozciąga się wewnątrz korpusu 1, co najmniej na części jego przekroju, korzystnie na całym przekroju korpusu 1. Urządzenie umieszcza się w pozycji pionowej. Uzdatnianą wodę przepuszcza się z góry na dół, aby wytworzyć odpowiednie warunki hydrodynamiczne do wydzielenia z wody rozpuszczonego w niej powietrza i intensywnego utleniania żelaza. Dzięki odpowiedniej konstrukcji nabiegunników w strefie aktywacyjnej urządzenia wytworzona zostaje mieszanina wodno-powietrzna, która poddawana jest działaniu wysokogradientowego pola magnetycznego, co prowadzi do tworzenia się reaktywnych form tlenu, między innymi wolnych rodników, i ich stabilizacji w polu magnetycznym a w konsekwencji do zwiększenia ich ilości. W strefie reakcyjnej urządzenia wytworzone wysokoaktywne formy tlenu skutecznie utleniają żelazo (II) do żelaza (III) a także dochodzi do zapoczątkowania procesów koagulacji i flokulacji powstałych związków żelaza (III). Pomiary osadów wykonane metodą spektroskopii mossbauerowskiej wykazały, że żelazo w osadach znajduje się głównie w postaci niemagnetycznych wodorotlenków żelaza (III) - FeOOH np. lepidokrokitu. Uzdatniona woda może być wykorzystywana przykładowo do podlewania kapilarnego roślin albo w procesach przemysłowych. Zastrzeżenie ochronne Urządzenie do usuwania z wody osadów żelaza poprzez oddziaływanie polem magnetycznym, wraz z wytworzonymi gradientami pola magnetycznego, zawierające zespół magnesów trwałych, usytuowanych wewnątrz korpusu przewodzącego wodę, przedzielonych nabiegunnikami o różnych średnicach, znamienne tym, że w korpusie (1) od strony wlotu wody na odcinku od 1/3 do 1/2 długości usytuowane są nabiegunniki (3A) o większej średnicy, malejącej w kierunku przepływu wody zaś na dalszej drodze przepływu wody w kierunku jej wylotu usytuowane są nabiegunniki (3B) o jednakowej średnicy, mniejszej niż średnica nabiegunników (3A) usytuowanych bliżej wlotu wody, przy czym korpus (1) usytuowany jest pionowo, dla przepływu uzdatnianej wody z góry na dół.