RU2466102C1

RU2466102C1 - Water filter

Info

Publication number: RU2466102C1
Application number: RU2011114330/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Назаров (RU); Владимир Дмитриевич Назаров; Максим Владимирович Назаров (RU); Максим Владимирович Назаров; Ольга Владимировна Крупина (RU); Ольга Владимировна Крупина; Вячеслав Николаевич Зенцов (RU); Вячеслав Николаевич Зенцов
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to design of a filter for purifying natural and waste water and can be used in public utilities and on industrial plants. The water filter has a steel housing filled with filter material, a distribution and collecting system for feeding and distributing water, wherein vertical alternating rows are placed inside the steel housing parallel to its walls, said rows being in form of closed loops of electropositive electrodes connected in series by a wire and similarly connected electronegative electrodes, with formation of electrochemical current sources which are provided with voltmeters connected in parallel to load resistors, wherein the first row of electronegative electrodes is connected to the housing of the filter.

EFFECT: high efficiency of purifying water and protection of the metal housing from internal corrosion, as well as obtaining electric power.

3 cl, 2 tbl, 2 ex, 2 dwg

Description

Устройство относится к конструкции фильтров для очистки природных и сточных вод и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и на промышленных предприятиях.The device relates to the design of filters for the treatment of natural and wastewater and can be used in utilities and industrial enterprises.

Известен фильтр для очистки воды, заполненный зернистым фильтрующим материалом, внутри которого расположены электрохимические источники тока (Назаров В.Д., Зенцов В.Н., Назаров М.В. Водоснабжение в нефтедобыче. - Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2010-447 с., см. с.275). Вода фильтруется в зернистом материале в направлении сверху вниз. Фильтрующий материал расположен между двумя перфорированными дисками: анодом из алюминия и катодом из графита. Анод имеет отрицательный потенциал, катод - положительный, вследствие чего вода фильтруется против направления силовых линий электрического поля. При этом алюминий растворяется, гидролизуется и образует коагулянт Аl(ОН)₃, формирующий хлопья на поверхности зернистой загрузки. Коагулянт и электрическое поле, поляризующее минеральные зерна загрузки, способствуют закреплению извлекаемых частиц на зернах фильтрующего материала. Образующийся осадок удаляется промывкой. Недостатком устройства является внутренняя коррозия стального корпуса фильтра.A known filter for water purification, filled with granular filter material, inside of which are located electrochemical current sources (Nazarov V.D., Zentsov V.N., Nazarov M.V. Water supply in oil production. - Ufa: Publishing house "Oil and Gas Business", 2010-447 p., See p. 275). Water is filtered in the granular material from top to bottom. The filter material is located between two perforated discs: an anode of aluminum and a cathode of graphite. The anode has a negative potential, the cathode has a positive potential, as a result of which water is filtered against the direction of the electric field lines. In this case, aluminum dissolves, hydrolyzes and forms the coagulant Al (OH) ₃ , forming flakes on the surface of the granular charge. The coagulant and the electric field polarizing the mineral grains of the load help to fix the recoverable particles on the grains of the filter material. The resulting precipitate is removed by washing. The disadvantage of this device is the internal corrosion of the steel filter housing.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является скорый фильтр для очистки воды (патент на ПМ №88346). Сущность устройства заключается в том, что скорый фильтр для очистки воды, включающий стальной корпус, патрубки подвода и отвода промывной воды, нижнюю дренажную систему, желоб для сбора промывной воды, фильтрующую загрузку, поддерживающий слой, согласно полезной модели в фильтрующей загрузке содержит стержневые электроды из электроотрицательных (аноды) и электроположительных (катоды) материалов в виде чередующихся рядов, причем электроды размещены в шахматном порядке. В качестве фильтрующей загрузки использован силицированный кальцит фракции 2-5 мм. Расстояние между анодами и катодами находится в интервале 187-241 мм. В качестве электроотрицательного материала использован алюминий, а в качестве электроположительного материала использован графит. Недостатком устройства является внутренняя коррозия стального корпуса фильтра, отсутствие съема электроэнергии, образованной источником тока, невысокая эффективность очистки воды от загрязняющих веществ.The closest technical solution to the claimed object is an quick filter for water purification (patent for PM No. 88346). The essence of the device lies in the fact that the fast filter for water purification, including a steel casing, nozzles for supplying and discharging washing water, a lower drainage system, a chute for collecting washing water, a filtering load, a supporting layer, according to a utility model, contains rod electrodes from electronegative (anodes) and electropositive (cathodes) materials in the form of alternating rows, the electrodes being staggered. Siliconized calcite of a fraction of 2-5 mm was used as a filter load. The distance between the anodes and cathodes is in the range of 187-241 mm. Aluminum was used as an electronegative material, and graphite was used as an electropositive material. The disadvantage of this device is the internal corrosion of the steel filter housing, the lack of removal of electricity generated by the current source, the low efficiency of water purification from pollutants.

Изобретение позволяет повысить эффективность защиты от внутренней коррозии металлического корпуса, получить электроэнергию, повысить эффект очистки воды от загрязняющих веществ.The invention improves the efficiency of protection against internal corrosion of a metal case, obtain electricity, increase the effect of water purification from pollutants.

Фильтр для очистки воды включает стальной корпус, заполненный фильтрующим материалом, распределительную и сборную систему подачи и распределения воды, при этом внутри фильтра параллельно стенкам корпуса размещены вертикальные чередующиеся ряды в виде замкнутых цепей из соединенных проводником электроположительных и соединенных электроотрицательных электродов с образованием электрохимических источников тока, нагруженных на сопротивление нагрузки. Электроотрицательные электроды выполнены из алюминия, электроположительные выполнены из меди. Расстояние между электроотрицательными и электроположительными электродами равно 0,2 м ± 10%.The filter for water purification includes a steel casing filled with filtering material, a distribution and prefabricated water supply and distribution system, while inside the filter parallel to the walls of the casing are vertical alternating rows in the form of closed circuits of electropositive and electronegative electrodes connected by a conductor with the formation of electrochemical current sources, loaded on load resistance. Electronegative electrodes are made of aluminum, electropositive are made of copper. The distance between electronegative and electropositive electrodes is 0.2 m ± 10%.

На фигуре 1 представлен фильтр для очистки воды. На фигуре 2 представлена конструкция электрода.The figure 1 presents a filter for water purification. The figure 2 presents the design of the electrode.

Внутри стального прямоугольного корпуса 1, заполненного фильтрующим материалом 2, например кварцевым песком, вертикально установлены электроотрицательные электроды 3 параллельно стенкам корпуса. Электроды 3 соединены последовательно проводником, образуя замкнутую цепь. Эти электроды 3 вместе со стальным корпусом 1 образуют электрохимический источник тока. Между электродами 3 и корпусом 1 подключен вольтметр 4. Параллельно электродам 3 вертикально установлены электроположительные электроды 5, аналогично соединенные проводником. Параллельно электродам 5 расположены электроотрицательные электроды 6, аналогично соединенные проводником. Между электродами 5 и 6 подключен вольтметр 7. Электроды 3, 5 и 6 представляют собой электропроводные стержни одинаковой конфигурации, нижняя часть которых расположена в диэлектрическом стакане 8. Электроотрицательные электроды 3 и 6 могут быть выполнены, например, из алюминия, электроположительные электроды 5, например, из меди. Фильтр имеет распределительную систему 9 и сборную систему 10 для подачи и распределения воды. Параллельно вольтметру 4 подключено сопротивление нагрузки 11, параллельно вольтметру 7 - сопротивление нагрузке 12. Фильтр работает следующим образом.Inside a rectangular steel housing 1, filled with filter material 2, for example quartz sand, electronegative electrodes 3 are vertically mounted parallel to the walls of the housing. The electrodes 3 are connected in series by a conductor, forming a closed circuit. These electrodes 3 together with the steel casing 1 form an electrochemical current source. A voltmeter 4 is connected between the electrodes 3 and the housing 1. In parallel with the electrodes 3, electropositive electrodes 5 are vertically mounted, similarly connected by a conductor. Parallel to the electrodes 5 are electronegative electrodes 6, similarly connected by a conductor. A voltmeter 7 is connected between the electrodes 5 and 6. The electrodes 3, 5 and 6 are conductive rods of the same configuration, the lower part of which is located in the dielectric cup 8. Electronegative electrodes 3 and 6 can be made, for example, of aluminum, electropositive electrodes 5, for example made of copper. The filter has a distribution system 9 and a collection system 10 for supplying and distributing water. Parallel to the voltmeter 4 is connected the load resistance 11, parallel to the voltmeter 7 is the resistance to the load 12. The filter operates as follows.

Вода распределяется равномерно по поверхности фильтра с помощью распределительной системы 9, выполненной в виде перфорированных труб. Вода фильтруется в зернистой минеральной загрузке в направлении сверху вниз. Осветленная вода отводится с помощью сборной системы 10. В фильтрующей загрузке расположены электроды 3, 5 и 6, выполненные из электроположительного и электроотрицательного материала, образующие электрохимические источники тока. С одной стороны, под действием электрохимического тока происходит катодная защита корпуса фильтра от внутренней коррозии, т.к. промышленные фильтры для очистки природных и сточных вод выполнены из стали, подверженной коррозии. С другой стороны, под действием электрохимических источников тока происходит увеличение эффекта очистки воды за счет растворения электроотрицательных электродов с образованием гидроксидов металла, являющихся коагулянтом, а также за счет поляризации зерен фильтрующего материала, что приводит к закреплению частиц загрязнений за счет электростатических сил. Вольтметр 4 позволяет фиксировать разность потенциалов между электродами 3 и корпусом, т.е. устанавливать факт защиты корпуса от коррозии. Вольтметр 7 позволяет фиксировать разность потенциалов между электродами 5 и 6, т.е. устанавливать факт работы электрохимических источников тока, влияющих на качество очистки воды.Water is distributed evenly over the surface of the filter using a distribution system 9 made in the form of perforated pipes. Water is filtered in a granular mineral charge from top to bottom. The clarified water is discharged using the prefabricated system 10. In the filter load are located electrodes 3, 5 and 6, made of electropositive and electronegative material, forming electrochemical current sources. On the one hand, under the influence of an electrochemical current, cathodic protection of the filter housing against internal corrosion occurs, since industrial filters for the treatment of natural and wastewater are made of steel susceptible to corrosion. On the other hand, under the influence of electrochemical current sources, the effect of water purification increases due to dissolution of electronegative electrodes with the formation of metal hydroxides, which are a coagulant, and also due to the polarization of the grains of the filter material, which leads to the fixation of pollution particles due to electrostatic forces. Voltmeter 4 allows you to fix the potential difference between the electrodes 3 and the housing, i.e. establish the fact that the housing is protected against corrosion. Voltmeter 7 allows you to record the potential difference between the electrodes 5 and 6, i.e. establish the fact of the operation of electrochemical current sources that affect the quality of water treatment.

Конфигурация замкнутых цепей электродов 3, 5 и 6 зависит от формы корпусов фильтров. Расстояние между электродами 3 и корпусом, между электродами 3 и 5, между электродами 5 и 6 равно 0,2 м±10% (Назаров М.В. Очистка природных и сточных вод с применением электрохимических методов. // Автореферат канд. дисс. Уфа. 2008. с.24). Количество цепей электродов зависит от площади фильтра. Сопротивление нагрузки 11, 12 позволяет осуществлять съем электроэнергии с источников тока.The configuration of the closed circuits of the electrodes 3, 5 and 6 depends on the shape of the filter housings. The distance between the electrodes 3 and the housing, between the electrodes 3 and 5, between the electrodes 5 and 6 is 0.2 m ± 10% (Nazarov M.V. Purification of natural and waste water using electrochemical methods. // Abstract of Cand. Diss. Ufa . 2008.p.24). The number of electrode circuits depends on the area of the filter. The load resistance 11, 12 allows the removal of electricity from current sources.

Пример 1. Проводили опыты по очистке промышленных сточных вод с минерализацией 1000 мг/л. Определяли скорость коррозии по прототипу и по изобретению. Результаты приведены в таблице 1.Example 1. Conducted experiments on the treatment of industrial wastewater with a salinity of 1000 mg / L. The corrosion rate was determined according to the prototype and according to the invention. The results are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Параметры фильтраFilter options По прототипуAccording to the prototype По изобретениюAccording to the invention Скорость коррозии, мм/годCorrosion rate, mm / year 0,850.85 0,090.09 Съем электроэнергии с 1 м² площади электродов, Вт·часElectricity removal from 1 m ² of electrode area, W · h НетNo 20twenty

На основании результатов опытов следует, что по сравнению с прототипом изобретение позволяет увеличить степень защиты корпуса от коррозии, при этом происходит съем электроэнергии.Based on the results of the experiments it follows that, in comparison with the prototype, the invention allows to increase the degree of protection of the housing from corrosion, while the removal of electricity.

Пример 2. Очистке подвергали модельный раствор. В качестве замутнителя использовали бентонит в концентрации 100 мг/л. Остаточная концентрация взвешенных веществ после фильтрования в скором фильтре (прототип) и в фильтре по изобретению представлена в таблице 2.Example 2. Purification was subjected to a model solution. Bentonite at a concentration of 100 mg / L was used as a clouding agent. The residual concentration of suspended solids after filtration in the quick filter (prototype) and in the filter according to the invention are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Скорость фильтрования, м/чFiltration rate, m / h 66 77 88 99 1010 11eleven 1212 Скорый фильтр (прототип)Fast filter (prototype) 3,03.0 3,53,5 4,44.4 9,59.5 14,014.0 18,518.5 23,023.0 Фильтр для очистки воды (по изобретению)Water purification filter (according to the invention) 2,02.0 2,52.5 3,03.0 5,55.5 7,67.6 10,510.5 13,413,4

На основании результатов опытов следует, что по сравнению с прототипом изобретение позволяет получить более высокий эффект очистки воды от загрязняющих веществ во всем исследованном диапазоне скоростей фильтрования, в особенности при скоростях более 8 м/ч. Это объясняется тем, что при образовании внешней электрической цепи с помощью сопротивления нагрузки увеличивается ток, вырабатываемый электрохимическим источником тока, а соответственно увеличивается скорость растворения алюминиевых электродов и образования коагулянта.Based on the results of the experiments, it follows that, in comparison with the prototype, the invention allows to obtain a higher effect of water purification from pollutants in the entire investigated range of filtering speeds, especially at speeds of more than 8 m / h. This is explained by the fact that when an external electric circuit is formed with the help of load resistance, the current generated by the electrochemical current source increases, and, accordingly, the dissolution rate of aluminum electrodes and the formation of coagulant increase.

Claims

1. A filter for water purification, comprising a steel casing filled with filter material, a distribution and prefabricated water supply and distribution system, characterized in that vertical alternating rows in the form of closed circuits of electropositive and similarly connected conductor connected in series are placed inside the steel casing, parallel to the casing walls electronegative electrodes with the formation of electrochemical current sources, which are equipped with voltmeters connected in parallel with the resistance eniyam load, wherein the electronegative first row electrode is connected to the filter housing.

2. The filter according to claim 1, characterized in that the electronegative electrodes are made of aluminum, and the electropositive ones are made of copper.

3. The filter according to claim 1, characterized in that the distance between the electronegative and electropositive electrodes is 0.2 m ± 10%.