Николай Леонидович Егин -
изобретатель и рационализатор

Вы можете ознакомиться с изобретениями Николая Егина
Данный сайт остается как память об изобретателе

Важная информация об авторских свидетельствах

Система очистки промышленных и канализационных стоков

Производительностью от 4 м³ в час до 200 м³ в час и более по запросу заказчика

Изобретение относится к акустическим (ультразвуковым) способам воздействия на жидкие, газовые, газожидкостные смеси в механо-физико-химических процессах тепломассоэнергообмена с разделением сред.
Поставленная задача решается с помощью тепломассоэнергообменного процесса методом акустического резонансного возбуждения потока создаваемого в эжекторе с газоструйными генераторами и концентратором ультразвукового поля, воздействующим на многофазный продукт. Для осуществления настоящего способа газоструйный генератор выполняется в виде генерирующих ультразвук кольцевых резонаторов с центром расположенным по оси эжектора.
Акустическое поле влияет на кинетику фазовых превращений в жидкостях процесса кавитации пузырьков. Акустическое поле оказывает сильное воздействие как на пороги метастабильности жидкости, так и на кинетику фазового перехода. Звук влияет на поток зародышей пузырьков в жидкости и барьер, отделяющей метастабильную жидкость и новую фазу. Этот процесс зависит, в основном, от амплитуды и частотной характеристики акустического поля.
Устройство позволяет производить очистку смесей воды с нефтепродуктами, канализационных стоков, различного типа сывороток, животноводческих стоков, отходов различных производств с производительностью 200 м³/час и более. При этом осуществляется временное или безвозвратное изменение физико-химических свойств обрабатываемого продукта за счет максимальной энергии акустического резонансного возбуждения потока продуктов в заданном частотном диапазоне.

Принципиальная схема устройства.

Предлагаемая установка для очистки воды с покомпонентным разделением жидких смесей может быть использована в любой сфере народного хозяйства и предназначена на очистку воды от механических примесей, нерастворимых и растворимых загрязнителей в непрерывном проточном режиме.

Рисунок 1. Промышленная установка для очистки воды

Устройство содержит (смотри слева направо):

1. ультразвуковой генератор;
2. генератор озона;
3. воздушный компрессор;
4. дренажные насосы для удаления осадков из камер;
5. водный электролизер для получения гидроксильной группы очистки;

Устройство смонтировано в виде каскадных блоков на фото зелёного цвета. На выходе возможна установка дополнительного флотатора.

Дополнительно к устройству разделения жидкостей и к кассетному фильтру прилагаются:

• блок наработки реагента для оксилительно-восстановительных операций (озоно-гидроксильный блок);
• навесное оборудование (насосы, пульт управления);
• накопительная емкость для очищенного продукта;
• накопительная емкость для твердых включений;
• Емкость с приемником очищаемой жидкости и отсеком отделения от воды твердых включений и легких нерастворимых жидкостей с меньшей плотностью;
• Блок кассетных фильтров для грубой очистки воды;
• Блок наработки озоно-гидроксильных реагентов для окислительно-восстановительных операций;
• Узел подачи указанных реагентов из блока наработки в емкость;
• Блок магнитной обработки;
• Резервуар для сбора твердых включений с узлом сушки перед утилизацией;
• Узел удаления легких жидкостей в отдельную емкость;

Принцип работы установки по очистке воды

Загрязненная вода самотеком или под давлением подается в первый отсек через трубу. При подаче воды в первый отсек скорость движения резко уменьшается за счет увеличения объема. Снижение скорости потока жидкости приводит к тому, что жидкие загрязнители воды нефти и нефтепродуктов, жиров под воздействием силы тяжести, вытесняются водой вверх и собираются на ее поверхности. Одновременно твердые загрязнители типа песка и нерастворимых примесей оседают на дно емкости. Из приемника вода с загрязнителями перетекает в отсек с вертикальными перегородками, специально расположенными по всей ширине отсека, заставляя жидкость изменять направление движения, как в вертикальной плоскости, так и горизонтальной. За счет этого происходит увеличение промежутка времени нахождения жидкости в емкости. В результате этого происходит полное отделение твердых включений и легких примесей от очищаемой воды. Очищенная от легких загрязнителей и механических примесей вода подается в блок кассетных фильтров для грубой очистки воды и разделяется на два потока. Один (меньший поток) направляется принудительно в блок наработки реагентов. В этом блоке из воды нарабатываются гидроксильные радикалы и газообразный озон, которые являются сильными окислителями. С помощью этих реагентов происходит интенсивная коагуляция мелких взвесей и окисление химически активных и биологических включений. Наработанный реагент подается в приемник емкости и смешивается с потоком очищаемой жидкости. В нижней части приемника перпендикулярно направлению движения жидкости установлен блок магнитной обработки, который вместе с реагентами позволяет увеличить скорость окисления и коагуляции мелких взвесей, химически активных металлов и органических соединений. Второй больший поток жидкости каскадно направляется самотеком на слив.
В предлагаемом варианте очистки в осветлителе со взвешенным слоем осадка протекают одновременно следующие процессы:

• коагуляция мелкодисперсных коллоидных частиц;
• предельное окисление легко окисляемых органических загрязнений гидроксильными радикалами до углекислого газа и воды;
• прохождение цепных реакций окисления трудно окисляемых органических загрязнений с переводом их из растворенного состояния в нерастворимый осадок. Инициатором цепных реакций являются гидроксильные радикалы и озоно-кислородная смесь. Гидроксильные радикалы обладают большой бактерицидной способностью совместно с озоном, на порядок большей, чем газообразный хлор.
• окисление металлов и ионов переменной валентности (двухвалентный алюминий в трехвалентный, нитриты в нитраты, сульфиты в сульфаты и т.д);
• осветление воды (удаление взвесей из стоков).

Полученный осадок твердых включений и коагулированных смесей, образованных в приемнике и отсеке емкости с помощью гидроциклонов или шнековых транспортеров удаляется в емкость для дальнейшего обезвоживания. Жидкая составляющая отделенная от твердых включений возвращается в приемник емкости и проходит дальнейшую обработку, а полученный обезвоженный осадок подвергается дальнейшей обработке для использования в народном хозяйстве.
Отделенные легкие загрязнители принудительно с помощью насоса удаляются из емкости в отдельную емкость для дальнейшей их обработки и получения из них соответствующих товаров.
Весь описанный технологический цикл производится в автоматическом режиме, не требует дополнительных реагентов, протекает без использования дорогостоящих реагентов и материалов, потенциально влияющих на окружающую среду, занимает малую площадь и позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты.
Установки предназначены для очистки бытовых и промышленных сточных вод, ливневых стоков с территорий городов, НПЗ, других промышленных предприятий. Установки с успехом могут быть применены для очистки от спиртовой барды, молочной сыворотки, водо-мазутных смесей и другие.

Фотографии промышленных установок по очистке воды

Промышленные установки с производительностью очистки сточных 200 м3/час. для водоканалов и др.	Вид пром. установки сбоку с производительностью 200 м3/час
Установка для автомойки на 250 машин/сутки	Группа каскадной водоочистки 200 м3/час

Очистка воды ультразвуковым кавитатором - "Азов - 200"

Проблема очистки воды в промышленных объемах до настоящего времени не решена. Все там же в отдельных городах и целых регионах России и за рубежом питьевая вода оставляет желать лучшего, а стоки предприятий сельскохозяйственных, пищевых, химических, металлургических, горнодобывающих, обогатительных комбинатов и многих других ведомств сбрасывают плохо очищенную воду в реки, озера и моря. Увеличение размера штрафов за нарушения экологических норм практически не улучшает экологическую обстановку в регионах, а лишь становится дополнительной графой в отчетах о «проделанной работе». Применение все более сложных производственных технологий и их масштабов использование неуклонно ведет к тому, что одновременно присутствует в стоках не 2 - 3 компонента различных ведомств органического и минерального состава, а несколько десятков. При этом каждый ингредиент имеет свои сильно отличающиеся от других составляющих параметры, например, по окисляемости кислородом, удельному весу, дисперсности, концентрации и так далее Более того, многие из компонентов вступают между собой в реакции, образуя дополнительные устойчивые и токсичные соединения, что еще более усложняет процесс их регенерации и очистки загрязненной воды.

Николаем Егиным были изобретены и изготовлены промышленные образцы системы водоочистки типа «Азов-100», работающие на принципе ультразвукового кавитационного воздействия на примеси в воде с их одновременным окислением кислородом воздуха и озоном (см. журн. «ИР» № 8 2010 г. «Очистил — и пей хоть из копытца»). Устройство производительностью 100 м³/час надежно очищало заиленную и «ржавую» воду из скважин и водозаборов, а также малокомпонентные сточные воды свиноводческих комплексов, мясокомбинатов, молокозаводов, спиртзаводов и так далее

Круг заказчиков постепенно расширяется и в него стали входить предприятия со сложными технологическими циклами, в результате которых в воду сбрасывались несколько десятков различных компонентов. Например, от металлургических и сталепрокатных комбинатов: взвеси (формовочная смесь), зола, щелочь (КОН, NaOH): сульфаты, хлориды, фториды, ионы (железа, кальция, магния, марганца, цинка, меди, ванадия и др., СОЖ (смазывающе — охлаждающие жидкости), масло, нефтепродукты и их производные и многое другое. Для них требовалась более качественная очистка стоков и одновременно повышение пропускной способности установки. Простым дублированием освоенных в изготовлении систем задача не решалась, поэтому пришлось снова изобретать и экспериментировать.

Поскольку многокомпонентные водные растворы содержали совершенно разнородные по физическим и химическим параметрам вещества, то в первую очередь решили заняться наиболее хорошо окисляемыми и легко коагулируемыми в крупные и рыхлые образования компонентами. Сюда вошли различные легкие золы, гели, взвеси, СОЖ, масло, нефтепродукты и т.п. Примеси с низким удельным весом и малой плотностью. Они обрабатывались в двух параллельно установленных ультразвуковых газоструйных генераторах типа «Азов — 100» (см. журн. «ИР» №8 2010 г.). На выходе получились крупные, хорошо скоагулированные рыхлые образования, удалить которые флотатором не представляло труда. Вместе с ними присутствовали более мелкие, трудно окисляемые примеси с большим удельным весом: ионы и частицы металлов, солей жесткости, окалина и так далее Для их окисления и коагуляции с легкими конгломератами требовались дополнительные затраты энергии, времени и пути совместного движения. Поэтому в известной системе «Азов — 100» (смотри рисунок 1) состоящей из: эжектора 1, приемной камеры 2, газоструйного генератора 3, воздушных патрубков 4, озоновых патрубков 5, регулятора озона 6, генератор озона 7, расширительной трубы 8, флотатора 9 с отстойником, воздушного компрессора 10, привели следующие важные дополнения.

Рис. 1. Схема установки для очистки воды «Азов – 200»

Расширительные трубы 8 выполнили в виде закругленных волноводов, которые встречно завели в камеру принудительной коагуляции 11. Кроме того, один из газоструйных генераторов 3 снабдили регулятором частоты 12 ультразвуковых излучений. Теперь стало возможным плавно изменять фазу встречных УЗ (ультразвуковых) колебаний и получать эффекты «стоячей» или бегущей волны. Аналогичные волны применялись в установках приготовления «живой и мертвой» воды «Элав — 2009» для очистки керамической диафрагмы и удаления пленок газов с углеродных электродов (см. журн. «ИР» № 5 2010 г. «Второе дыхание живой воды»). Меняя регулятором частоты 12 фазу УЗ колебаний в нижнем волноводе 8 стало возможным получать в камере 11 различные комбинации волновых процессов. Наиболее результативным оказался процесс «стоячей» волны (смотри диаграмму на рисунке 2).
Подробности в журнале «ИР» №3/2012, «Чистильщик - стоячая волна».

Рис. 2. Диаграмма стоячей волны в установке очистки воды «Азов-200»

Амплитуда «АСВ» стоячей волны удваивалась, что приводило к двукратному увеличению давления между мелкими и тяжелыми частицами грязи по отношению к крупным и рыхлым конгломератам. Вследствие этого, первые частицы внедрялись во вторые, как металлические опилки в кусок пластилина и крепко там удерживались, не выпадая в осадок. Дополнительное количество воздуха, поступающего от воздушного компрессора 10 в камеру 11 через регулятор 13, обволакивало принудительно коагулированные между собой крупные и мелкие конгломераты и выносило их на флотатор 9, где они убирались сверху фильтром в кассету.

Новая система промышленной очистки воды «Азов — 200 АСВ» успешно очищает многокомпонентные сточные воды не менее, чем на 98 % от всех видов примесей и при этом может иметь производительность более 200 м³/час. Отобранная из флотатора 9 грязь, содержащая различные примеси черных и цветных металлов, других ценных добавок может служить сырьевой базой для извлечения этих металлов в чистом виде на электролизерах типа «РИФ — 12» (см. журн. «ИР» № 5 2004 г. «Золотые хвосты»). Поскольку концентрация собранных во флотаторе материалов в сотни тысяч раз больше, чем в сточной воде, то затраты электроэнергии и время на извлечение цветных и редкоземельных металлов и др. соединений и многократно снижаются. Предприятие получает не только чистую оборотную воду, но и отдельные ценные ингредиенты для повторного использования в наукоемких технологических процессах производства.

Установка «Азов — 200 АСВ» с амплитудной модуляцией УЗ стоячей волны может быть использована не только с целью очистки сточных вод самых сложных производств, но и для синтеза новых продуктов и материалов с заданными свойствами. Например, предложенным способом можно получать новейшие катализаторы выхлопных газов для автомобилей, прочно «загоняя» нано порошки металлов в пористую керамику. Можно получать композитные соединения и материалы для химической, нефтяной, газовой промышленности, медицины и многих других промышленных и научных разработок. Возможно получение сверх чистых компонентов для топливных элементов энергетики не только для космических, но и наземных установок низкой стоимости. Перспективна очистка сырья для изготовления солнечных батарей на гибких полимерных пленках и многое другое. НИОКР в указанных направлениях продолжаются вместе с изготовлением рабочих образцов изделий по техническим заданиям заказчиков.

С помощью ультразвуковых технологий можно изменять состояние многих материалов на уровне молекулярных связей. Так, например, имеются интересные результаты обработки торфа ультразвуковыми кавитаторами типа «Азов -200» с получением гуминовых, фулиевых и др. компонент, которые являются мощными стимуляторами роста растений и значительно повышают урожайность овощных и фруктовых культур, злаков и так далее. Модифицированный торф после обработки становится универсальным удобрением для теплиц, цветоводческих хозяйств и личных дачных участков 6 соток. Он полностью усваивается растениями и имеет низкую стоимость. Поскольку запасы торфа в России огромны, то он может существенно повлиять на повышение плодородия земель в Российской Федерации.

Все представленные на сайте изобретения имеют авторские свидетельства на изобретение, чертежи и конструкторскую документацию. Автор – Николай Егин.

Важная информация об авторских свидетельствах