способ очистки воды от органических соединений и взвешенных частиц

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающий обработку воды жидким перфторсоединением, отличающийся тем, что воду и жидкое перфторсоединение подают на развитую поверхность, имеющую сродство к перфторсоединению.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная поверхность образована частицами дисперсностью 1-10 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке воды от органических соединений и взвешенных частиц и может быть использовано в пищевой промышленности, цехах с замкнутым циклом водообеспечения, в очистных сооружениях пищевой промышленности, а также для очистки промышленных сточных вод.

Известны способы очистки воды от растворенных веществ и взвешенных частиц путем их экстрагирования, например предложен способ [1] очистки воды от фурановых соединений много ступенчатой экстракцией с помощью трихлорэтилена.

Недостатком этого способа является низкая производительность из-за необходимости значительных затрат времени для отстаивания смесей с целью отделения отмывающих растворов от воды вследствие небольшой разницы их плотностей; в ряде случаев такое разделение осуществляют перегонкой, что увеличивает трудоемкость и энергоемкость процесса очистки. Кроме того, все перечисленные экстрагирующие жидкости являются летучими и токсичными.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки воды от органических соединений и взвешенных частиц, основанный на введении в загрязненную воду жидкого перфторуглерода с последующим перемешиванием и отстаиванием [2]

Недостатками данного способа являются высокая энергоемкость вследствие необходимости перемешивания смеси воды с перфторуглеродом, а также низкая эффективность процесса.

Изобретение направлено на решение задачи по снижению энергоемкости процесса очистки воды путем увеличения поверхности массообмена и уменьшения толщин пленок жидкостей, участвующих в массообмене.

Сущность изобретения заключается в том, что воду, подлежащую очистке от органических соединений и взвешенных частиц, и жидкое перфторсоединение подают на развитую поверхность, имеющую средство к жидкому перфторсоединению, выполненную, например, из полистирола или полиэтилена.

Указанная поверхность может быть образована частицами дисперсностью 1-10 мм.

Подача воды и жидкого перфторсоединения (ПФС) на развитую поверхность, имеющую средство к ПФС, приводит к покрытию этой поверхности пленкой ПФС, по которой протекает пленка очищаемой воды, что обеспечивает увеличение поверхности массообмена между этими жидкостями и протекание массообмена в тонких пленках воды и ПФС. При этом будет происходить выравнивание парциальных давлений растворенных в воде и ПФС газов, растворение некоторых веществ в жидком ПФС, физическое связывание отдельных органических веществ с ПФС и выпадение их в осадок, не смешиваемый с водой; кроме того, происходит смачивание поверхностей взвешенных частиц и выпадение их в осадок. Благодаря формированию пленок взаимодействующих жидкостей все описанные процессы происходят в них практически мгновенно (Кафаров В.В. Основы массопередачи. М. Высшая школа, 1972).

Таким образом, водоорганическая эмульсия разрушается и расслаивается на отдельные фракции по плотности, что приводит к очистке воды и одновременно к связыванию органических веществ и взвешенных частиц жидким ПФС быстрее, эффективнее и с меньшими энергозатратами, чем в прототипе.

Выполнение поверхности, имеющей средство к ПФС, из частиц дисперсностью 1-10 мм обеспечивает дополнительное увеличение поверхности массообмена между собой и уменьшение толщины пленок этих жидкостей, что приводит к еще большему увеличению эффективности и производительности процесса очистки без увеличения энергозатрат благодаря силам физического межмолекулярного взаимодействия жидкости с твердой поверхностью.

Выполнение развитой поверхности из полистирола или полиэтилена, имеющих средство к ПФС, обеспечивает смачивание поверхности жидким ПФС, что приводит к постоянному образованию пленки ПФС на этой поверхности, контактирующей с пленкой воды для осуществления процесса очистки воды.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство включает поверхность 1, имеющую средство к жидкому ПФС, которая может быть выполнена из полиэтилена, полистирола или покрыта этими материалами, патрубок 2 для подачи жидкого ПФС на наклонную поверхность может направляться под любым углом к поверхности, патрубок 3 для подачи загрязненной воды, тонкий слой 4 или пленка ПФС стекающая по наклонной смоченной им поверхности, тонкий 5 слой или пленка воды, стекающая по поверхности ПФС, сборная емкость 6, патрубок 7 отвода очищенной воды, патрубок 8 отвода загрязненного ПФС.

На фиг.2 представлена принципиальная схема реализации предлагаемого способа, где: 1 наполнитель из родственных ПФС частиц дисперсностью 1-10 мм, образующий развитую поверхность; 2 корпус; 3 удерживающие решетки; 4 патрубки для подачи ПФС; 5 патрубок для подачи загрязненной воды; 6 корпус разделителя жидкостей; 7 патрубок отвода очищенной воды; 8 патрубок отвода загрязненного ПФС.

Предлагаемый способ очистки воды от органических соединений и взвешенных частиц осуществляется следующим способом (фиг.1).

На поверхность 1, имеющую средство к ПФС по патрубку 2 подается ПФС, по патрубку 3 подается загрязненная вода. Так как ПФС имеет средство к поверхности 1, то он растекается по ней тонким слоем 4, увеличивая тем самым поверхность своего контакта с водой. Вода при этом тонким слоем 5 или в виде отдельных струек или капель вместе с ПФС стекает в сборную емкость 6. В сборной емкости происходит разделение двух жидкостей, имеющих существенно различные плотности. Очищенная вода удаляется через патрубок 7. Более тяжелый ПФС собирается на дне емкости и удаляется из нее через патрубки 8.

В свою очередь, поверхность, формирующая пленку ПФС, может быть образована массой частиц дисперсностью 1-10 мм, выполненных из материалов сродственных к этому ПФС или покрытых такими материалами, например, полистиролом или полиэтиленом.

В этом случае (фиг. 2) очистка воды от дисперсных и взвешенных частиц осуществляется следующим образом.

На поверхность 1 массы частиц дисперсностью 1-10 мм, удерживаемую в корпусе 2 с помощью решеток 3 по патрубкам 4 и 5 подаются соответственно ПФС и загрязненная вода. Так как ПФС имеет сродство к поверхности дисперсных частиц, то ПФС в виде тонкой пленки растекается по поверхности частиц и оттесняет от этой поверхности загрязненную воду. При этом вода в виде пленки протекает в свободном объеме, между частицами.

Причем в процессе перемещения пленки ПФС по поверхности дисперсных частиц и пленки воды по объему между частицами наблюдается интенсивное взаимное перемешивание этих двух жидкостей. После прохода через массу диспеpсных частиц воды и ПФС попадает в корпус разделителя 6, в котором очищенная вода поднимается вверх по зазору между корпусами 2 и 6, а ПФС обладая значительно большей плотностью перемещается в сторону днища разделителя, где накапливается и удаляется из него по штуцеру 8.

Испытания предлагаемого способа проводили в лабораторных условиях. Эффективность предлагаемого способа оценивали по энергозатратам при осуществлении данного способа в сравнении с прототипом.

В результате было установлено, что использование сплошной развитой поверхности из полиэтилена (фиг.1) позволяет при осуществлении способа уменьшить содержание органических соединений в воде до равных с прототипом значений, без энергозатрат, связанных с механическим перемешиванием загрязненной воды и ПФС. Использование наполнителя из полистирола (фиг.2) позволяет дополнительно увеличить эффективность очистки на 20-25% без энергозатрат, связанных с механическим перемешиванием воды и ПФС.

В качестве ПФС использовались перфтордекалин (ПФД), перфторметилдекалин (ПФМД), перфтортрибутиламин (БАФ) и другие.

Следует также отметить, что принципиально предлагаемый способ осуществим при любых соотношениях расходов воды и ПФС и площадях развитой поверхности.

Таким образом, предлагаемый процесс очистки воды по сравнению с прототипом является более эффективным и производительным и одновременно менее энергоемким. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает удаление из воды растворенных газов и ионов аммония.