UA150364U - СПОСІБ НАПІРНОЇ АЕРАЦІЇ ВОДИ ДЛЯ ОКИСЛЕННЯ РОЗЧИНЕНОГО У ВОДІ ЗАЛІЗА ДО ТРИВАЛЕНТНОГО СТАНУ (Fe³⁺) - Google Patents

Abstract

Спосіб напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Fe3+) включає аерацію її повітрям при атмосферному тиску, обробку в контактному резервуарі і фільтрацію. Аерацію води здійснюють у регульованому повітряному інжекторі, а обробку водоповітряної суміші виконують з використанням гетерогенного процесу окиснення іонів Fe2+ на межі поділу фаз "вода-повітря" під тиском шляхом протитечійного її розпилення з активним контактом струменів у верхній повітряної частини контактного резервуара з подальшою фільтрацією в рециркуляційному гравійному фільтрі і фільтрі тонкого очищення.

Description

Корисна модель належить до області водопідготовки, а саме до способів очищення води шляхом окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Рез) і використання Її для питного та господарського споживання.

Відомі і що застосовуються на практиці, способи і пристрої аерації води з метою окислення двовалентного заліза до тривалентного, забезпечують прийнятний результат, однак, мають ряд суттєвих недоліків, що знижують ефективність процесу.

Використання відкритих ємностей як відстійників, передбачає значні габарити ємності і застосування на виході насоса для створення в трубопроводі необхідного тиску. Крім того, розчинність повітря у воді при атмосферному тиску відносно низька, а проходження повітря в порівняно спокійній воді не охоплює весь обсяг води, що міститься в ємності.

При напірній аерації шляхом подачі стисненого компресором повітря в магістраль на вході в аераційну колону, розчинність повітря значно вище і процес протікає практично у всьому обсязі, проте, часу окисної реакції занадто мало для повного використання повітря, значна частина якого, не встигнувши прореагувати, викидається назад в атмосферу. А використання компресора веде до додаткових енерговитрат.

Продовження реакції безпосередньо в контактному резервуарі відбувається вже з меншою ефективністю, набуваючи схожість з відкритою ємністю, хоча і з більшою розчинністю повітря при підвищеному тиску, до того ж, ємність контактного резервуара порівняно невелика і вода разом з недоокисленим залізом залишає контактний резервуар.

Відомий спосіб очищення підземних вод від заліза, оснований на очищенні води шляхом проходження її через розпилювач на насадку, контактуванні з водоповітряної сумішшю, яка подається протитечією циркуляційним насосом через ежектор, і отдувки повітрям розчинених у вихідній воді газів з одночасним насиченням її киснем (Патент КО Мо 2181109. Способ очистки подземньїх вод от железа. МПК СО2Е 1/64; СО2Е 103/06. 2002, Бюл. Мо 101.

Недоліками даного способу є низька швидкість процесу окислення заліза в насадці через нерівномірність надходження повітря від ежектора і необхідність використання додаткового резервуара з водою. Спосіб дозволяє досить повно очищати воду від заліза при невеликих концентраціях останнього. При підвищеному вмісті заліза ежектор, використаний в установці, не дозволяє наситити воду необхідною кількістю повітря для повного окислення заліза. А

Зо використання циркуляційного насоса призводить до додаткових енерговитрат.

Відомий спосіб напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Без), що включає подачу в шар рідини струменя повітря і її диспергування, здійснюване охоплюючими її зверху і знизу затопленими струменями рідини, спрямованими назустріч один одному, співвісно, і направляючі безліч диспергованих струменів повітря назустріч потоку води, що розтікається від центру камери, після чого водяний потік, змішаний з повітрям, направляють в реактор (Патент КИ Мо 2748154. Способ напорной азрации водьі для окисления растворенного в воде железа до трехвалентного состояния (Рез) и устройство для его осуществления. МПК СО2Е 1/64; СО2Е 1/74. 2021, Бюл. Мо 14).

Відомий спосіб має дуже складну і дорогу конструкцію, вимагає застосування компресора, що підвищує енергоємність процесу.

У відомому способі напірна аерація води здійснюється подачею в шар рідини струменя повітря і її диспергування, шляхом охоплення Її зверху і знизу затопленими струменями рідини, струмені води направляють назустріч один одному, співвісно. Однак, як відомо затоплені струмені рідини дробляться не так інтенсивно, як на відкритому повітряному просторі. Тому інтенсивність напірної аерації води, а отже окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану, можна добитися не дробленням повітряного потоку на дрібні бульбашки у воді, а дробленням води на дрібні крапельки в повітряному просторі при певному тиску.

Відомий спосіб для очищення й освітлення води, вибраний за прототип, що включає аерацію її повітрям при атмосферному тиску, обробку в контактному резервуарі і фільтрацію

ІПатент КО Мо 2151744. Установка для очистки и осветления водьі. МПК СО2Е 1/52; СО2Е 9/00. 2000, Бюл. Мо 181.

Спосіб дозволяє досить повно очищати воду від заліза при невеликих концентраціях останнього. При підвищеному вмісті заліза аератор, використаний в способі, не дозволяє наситити воду необхідною кількістю повітря для повного окислення заліза. До того ж установка, яка використовується у відомому способі, має великі обсяги апаратів при їх малій продуктивності і низьку ефективність аерації, що знижує швидкість окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану.

Відомо, що процес розчинення повітря в воді підпорядковується закону Генрі, який говорить: "При постійній температурі розчинність газу в даній рідини прямо пропорційна тиску цього газу над розчином". Доведено, що обсяг розчиненого у воді повітря при 25 "С зростає в два рази при підвищенні тиску до двох атмосфер з 0,023 до 0,045 г / кг.

Доведено, що окислення іонів двовалентного заліза протікає не тільки в обсязі рідкої фази за рахунок розчиненого в ній кисню, але і на межі поділу фаз "вода-повітря", отже, швидкість процесу залежить, в тому числі, і від величини цієї поверхні (Автореферат дис.к.т.н.

Интенсификация процесса азрации при удалениий ионов железа из водь. М., 2016. 16 сі.

Тому основною і неодмінною умовою якісного і повноцінного окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану є максимально збільшена поверхня крапель води при її контакті з повітрям, що можна досягти максимальним дробленням води до найдрібніших крапель і розчинення в них кисню під тиском на кордоні розділу фаз "вода-повітря".

В основу корисної моделі поставлена задача створення способу напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Без, що дозволяє інтенсифікувати процес окислення заліза до тривалентного стану, підвищити її продуктивність, надійність і спростити схему управління процесом.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Без) включає аерацію її повітрям при атмосферному тиску, обробку в контактному резервуарі і фільтрацію. Аерацію води здійснюють у регульованому повітряному інжекторі, а обробку водоповітряної суміші виконують з використанням гетерогенного процесу окиснення іонів Ге?" на межі поділу фаз "вода-повітря" під тиском шляхом протитечійного її розпилення з активним контактом струменів у верхній повітряної частини контактного резервуара з подальшою фільтрацією в рециркуляційному гравійному фільтрі і фільтрі тонкого очищення.

Таке поєднання суттєвих ознак як аерація води в регульованому повітряному інжекторі дозволяє регулювати кількість надходження повітря залежно від подачі води, підвищуючи тим самим швидкість гомогенного процесу окислення іонів Бе? розчиненим у воді киснем. А обробка водоповітряної суміші під тиском шляхом протитечійного її розпилення з активним контактом струменів у верхній повітряної частини контактного резервуара дозволяє підвищити швидкість гетерогенного процесу окиснення іонів Бе?" на межі поділу фаз "вода-повітря".

Сукупність спільного застосування гомогенного процесу окислення іонів Ге?" розчиненим у воді

Зо киснем і гетерогенного процесу окиснення іонів Ре?" на межі поділу фаз "вода-повітря" забезпечує інтенсифікацію процесів окислення заліза, підвищення продуктивності і зниження енерговитрат.

Суть корисної моделі пояснює креслення - схема установки для реалізації запропонованого способу.

Спосіб здійснюється наступним чином. Вихідна вода через фільтр попереднього очищення 1 подається в регульований повітряний інжектор 2, в якому за рахунок високої швидкості виникає розрідження і як наслідок насичення потоку води повітрям. Повітряний інжектор 2 оснащений регульованим байпасом для забезпечення заданої продуктивності і потрібного співвідношення водоповітряної суміші на виході, підвищуючи тим самим швидкість гомогенного процесу окислення іонів Ре" розчиненим у воді киснем. Після інжектора водоповітряна суміш надходить в контактний резервуар 3, де відбувається її обробка з використанням гетерогенного процесу окиснення іонів Ге?" на межі поділу фаз "вода-повітря" під тиском в протитечійному розпилювачі 4 з активним контактом струменів 5 у верхній повітряної частини контактного резервуара 3. При зустрічі водоповітряних струменів, вони розбиваються на дрібні краплі і в створеному турбулентному потоці відбувається інтенсивне розчинення (абсорбція) повітря в воді до максимально можливої концентрації при даному тиску, утвореному у верхній повітряної частини контактного резервуара 3.

При абсорбції газу рідиною відомо основне рівняння масопередачці:

МАК-Е-АС, де М - маса газу (повітря), абсорбована рідиною (водою) за одиницю часу, кг/год.;

К - коефіцієнт абсорбції, м/ч;

Е - площа поверхні контакту фаз, м3;

ДС - рушійна сила процесу абсорбції, що виражається різницею концентрацій газу (повітря) в рідини при повному її насиченні, і поточною величиною, кг/м" і за законом Генрі прямо пропорційна тиску цього газу (повітря) над рідиною (водою).

З рівняння випливає, що при постійному К кількість розчиненого в одиницю часу повітря прямо пропорційно величині поверхні контакту фаз (сумарною поверхні крапель води) і тиску повітря в верхній повітряної частини контактного резервуара 3.

Таким чином, поєднання гомогенного (в регульованому повітряному інжекторі) і бо гетерогенного (в протитечійному розпилювачі) процесу окислення іонів Бе?" дозволяє в рази підвищити інтенсифікацію процесів окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Без).

Далі, в нижній частині контактного резервуара З відбувається остаточний процес окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Без). З контактного резервуара З вода надходить на фільтрацію в рециркуляційний гравійний фільтр 6 і фільтр 7 тонкого очищення.

Очищена вода з фільтра 7 надходить до споживача.

Результати випробувань способу напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Рез) і порівняння його з аналогом представлені в таблиці 1.

Таблиця 1 . . Норматив, Пропонований

Показник, одиниці вимірювань ! й Аналог й не більше ніж спосіб

Залізо загальне (Ге), мг/дм

Спосіб напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Рез) відрізняється простотою виконання і ефективністю і може бути застосовний як в побутових так і промислових установках очищення води.

Застосування способу забезпечує інтенсифікацію процесів окислення заліза, підвищення продуктивності та зниження енерговитрат на очистку води.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб напірної аерації води для окислення розчиненого у воді заліза до тривалентного стану (Безу, що включає аерацію її повітрям при атмосферному тиску, обробку в контактному резервуарі і фільтрацію, який відрізняється тим, що аерацію води здійснюють у регульованому повітряному інжекторі а обробку водоповітряної суміші виконують з використанням гетерогенного процесу окиснення іонів Бе: на межі поділу фаз "вода-повітря" під тиском шляхом протитечійного її розпилення з активним контактом струменів у верхній повітряної частини контактного резервуара з подальшою фільтрацією в рециркуляційному гравійному фільтрі і фільтрі тонкого очищення. ; у Ж й шия до ГО ШЕ: із ера ї ши її і в пе 7 . Ку й і т ї х : 7 м. дхли м мА тт пяти спек пктя, палю і ї ще Н ї х фреон ююю ж МУ Уж жк нят, у Е пяопжжчяжя жжжю юю сюююя же ння 3 Шини М МОЖ ще зро аи Е б я ! ше