Гибкие автоматизированные модульные комплексы для обработки воды и водных растворов, построенные на интегративных принципах



Комплекс технических требований к воде, как важнейшему компоненту современных технологий, практически во всех сферах экономики и прежде всего в сельскохозяйственном производстве, вследствие многих рациональных и иррациональных причин инновационного развития экономики, постоянно усложняется, в том числе и структурно.

В развитии технологий водоподготовки, водоочистки и регенерации использованной воды существуют уже сформировавшиеся и находящиеся в процессе формирования вопросы, которые можно выразить и представить в следующем виде:

‒ Какова зависимость предложенных методов обработки воды по отношению одного к другому? Если такая зависимость существует, то в чём она выражается?

‒ В каких отраслях промышленности, какие процессы обработки воды в настоящее время используют и почему?

‒ Какие проблемы стоят сегодня перед лицом пользователей технологии водоочистки и какие решения сегодня имеются для преодоления этих проблем?

‒ Какие новые проблемы возникли и продолжают возникать сегодня перед лицом пользователей технологии водоочистки и какие решения сегодня предполагается сформировать и комплексно исследовать для преодоления этих проблем?

‒ Можно ли преодолеть сегодняшние проблемы на базе и при помощи существующих технологий?

‒ Какие технологии водоподготовки, водоочистки и регенерации водных ресурсов были внедрены в промышленность в течении последних 10 лет?

‒ Какие проблемы эти технологии решают и преодолевают, какие ключевые вопросы остаются нерешёнными?

‒ На какой стадии развития находятся новые идеи, предложенные автором настоящей публикации? На базе и в развитие этих идей, как быстро по ним можно прийти к промышленным образцам? Есть ли какие-то технологические трудности, что бы построить это комплексное оборудование? Каким будет системный и модульный инновационный коммерческий продукт, базирующийся на новых, предложенных автором настоящей публикации технологиях?

‒ Какова будет для пользователя стоимость предлагаемой технологии? Структура стоимости предлагаемой технологии; Какие из предложенных технических решений будут предпочтительными для потенциальных пользователей?

‒ Какие проблемы предлагаемая технология не решает? Какие новые проблемы могут возникнуть при развитии существующих технологий, решение которых не предусмотрено предлагаемыми технологиями? Насколько долго предлагаемые технологии могут быть уверенно востребованными у потенциальных потребителей, учитывая тенденции ускоренного развития технологий, применяющих воду для технологических нужд?

‒ Каково положение действующих регламентирующих государственных и отраслевых стандартов и других нормативных документов в разрезе предлагаемой технологии? Как предлагаемая технология предусматривает обеспечение соответствия требованиям действующим стандартам всех уровней?

‒ По предварительным аналитическим прогнозам автора настоящей публикации и по известному мнению учёных, занимающихся этой проблемой, а также профессиональному мнению разработчиков многочисленных водных и водоочистных технологий, что может служить причиной того, что потребитель технологии в конечном счёте примет решение оставить у себя испытанную существующую технологию и не захочет внедрять новую предложенную технологию?

‒ По каждой из предложенных технических идей и технических решений, что необходимо, чтобы экспериментально проверить их на концептуальную работоспособность и коммерческую востребованность и эффективность? Каковы критерии этой эффективности?

‒ Какова патентно-лицензионная ситуация по предлагаемым технологиям и комплексам технологий, какова общая патентноспособность предлагаемых технологических методов с учётом того факта, что технологии водоподготовки и водоочистки со всеми вероятными нюансами являются наиболее старыми по сравнению с новейшими цифровыми технологиями?

По предлагаемым методам и вариантам комплексной обработки воды, по результатам предварительной проработки и патентного поиска, автором настоящей публикации определены следующие темы для патентных аппликаций:

1. Комплекс модулей для углублённой обработки воды и водных растворов и ассоциированный метод его использования;
2. Метод комплексной обработки воды и технологические модули для реализации указанного метода;
3. Метод электролитического извлечения металлов из потока воды или водного раствора и электродные ячейки для реализации указанного метода;
4. Метод аэродинамического вспенивания воды в её постоянно движущемся потоке и пеногенератор для осуществления указанного метода;
5. Комплексный метод интегративного фильтрования, сопряжённого с ионнообменной обработкой и биосорбцией;
6. Электродная ячейка для электрокоагуляции с коаксиальными электродами;
7. Электродная ячейка для электрокоагуляции с непрерывно движущимся ленточным катодом;
8. Электродная ячейка для корректировки кислотности или щёлочности с блоками поляризуемых растворимых электродов;
9. Электродная ячейка для корректировки кислотности или щёлочности с объёмно-пористыми электродами;
10. Электродная ячейка для корректировки кислотности или щёлочности с непрерывно движущимися ленточными электродами;
11. Электродная ячейка для электрохимической дезинфекции и электродные ячейки для реализации указанного метода.

По каждой предполагаемой патентной аппликации определены реальные действующие прототипы и аналоги из числа изобретений авторов предлагаемых новых методов и комплексных и интегративных решений автора настоящей публикации. По результатам предварительного патентного поиска и структурного анализа определена полная патентоспособность и неочевидность вышеперечисленных технических решений.

Вышеуказанные технические решения направлены в значительной степени на очистку и регенерацию и должны сочетаться с техникой и технологией водоподготовки.

С учётом всех существующих технических условий и с учётом всех новых требований, выдвигаемых производством, была построена компоновочная модель автономного модуля для очистки и регенерации воды, в которой учтены новейшие виды загрязнений, особенно органического происхождения, имеющие очень низкую электрическую проводимость или вообще являющиеся диэлектриками.

Рис. 1. Компоновочная модель автономного модуля для очистки и регенерации воды

Что важно, в представленной компоновочной модели, использована система входной обработки загрязнённой воды, в основном предназначенная для отделения загрязнений органического происхождения от регенерируемой воды.

Главная цель такой операции — получение на последующих шагах возможности глубокой очистки воды при помощи электрокоагуляции с тем, чтобы регенерировать воду до уровня требований к постоянной рециркуляции.

С учётом вышесказанного, предлагается комплексная технология по обработке водных промышленных стоков, которая содержит ряд последовательных, но не обязательно связанных между собой операций, которая позволяет более точно представить все этапы обработки воды, как последовательно сменяющие друг друга варианты воздействия на воду.

Для реализации целей повышения эффективности технологических процессов, современные технологические комплексы модулей предлагают комплексную интегративную технологию, которую можно реализовать при помощи законченных, автономных, унифицированных технологических модулей, в таком составе:

‒ Модуль для предварительного аккумулирования жидкости, предназначенной на обработку. На первый взгляд в этом модуле нет принципиальной новизны,но если к нему добавить ряд модифицирующих элементов из портфеля инноваций соответствующих компаний — разработчиков новых технологий, можно получить необычный, но очень необходимый в технике и на рынке результат;

‒ Модуль предварительной механической фильтрации с элементами ионно обменной обработки. Этот модуль является оригинальной технологией нескольких стартап компаний. Для многих конкретных случаев, предлагаемый модуль даёт решение многих сопутствующих проблем в обработке воды после её использования в технологическом процессе и загрязнения отходами и продуктами этого процесса. Основное назначение этого модуля — механическая фильтрация в сочетании с попутной обработкой при помощи различных натуральных и композитных материалов. Конструктивное исполнение модуля- патронное, обеспечивающее максимальную компановочную гибкость;

‒ Модуль аэродинамической турбо флотации. Принципиально новым является тот факт, что модуль применяет инновационные аэродинамические пено-генераторы, которые обеспечивают возможность образовывать пену при постоянном движении обрабатываемой жидкости. Основным отличием модуля является высокая скорость и однородность образования пены, позволяющая в потоке движущейся жидкости вспенить органические примеси и в последствии эффективно отделить их от основного объёма жидкости.

Основная инновационная нагрузка ложится на комплексы модулей для электрохимической обработки (рис.2).

Рис. 2. Модель модуля электрохимической обработки

К этой группе модулей в первую очередь относится модуль электролитического извлечения металлов, по методу скоростной электролитической металлизации. Этот же модуль, при оптимизации и при модификации может иметь следующие оригинальные исполнения, как:

1) Модуль онлайн-дезинфекции в режиме реального времени, с контролем состояния обрабатываемой жидкости также в режиме реального времени при помощи импульсно-резонансного метода динамического контроля;

2) Модуль электрохимического динамического воздействия на направленный поток обрабатываемой жидкости, в основном путём воздействия на восходящий поток в электродной ячейке с нейтральной мембраной и объёмно-пористыми электродами с конечной целью корректировки кислотности;

3) Модуль электрохимического динамического воздействия на направленный поток обрабатываемой жидкости, в основном путём воздействия на восходящий поток в электродной ячейке с нейтральной мембраной и объёмно-пористыми электродами из углерод-углеродного композитного материала, с конечной целью трёхмерной корректировки щёлочности;

4) Модуль последовательной и комплексной электрохимической коагуляции и при необходимости и минимальной модификации — турбокоагуляции. В электролитической ячейке этого модуля в принципе могут применяться электроды из углерод-углеродной композитной ваты с площадью контакта в сотни тысяч раз превышающей такой же показатель у обычных электродов. При идентичности физических принципов формирования рабочего динамического цикла таких модулей, этот модуль также может иметь несколько конструктивных принципиальных исполнений и может группироваться в батареи модулей для получения большей производительности. Как правило все исполнения и варианты исполнений указанного модуля являются оригинальной технологией компании — разработчика, но интегративные идеи автора настоящей публикации дают возможность селективно-гибкого подхода к формированию систем и агрегатов модуля при встраивании его в общий технологический цикл;

5) Модуль финишной механической фильтрации с элементами ионно-обменной обработки и биологической сорбции. Как правило этот модуль также является оригинальной технологией компании — разработчика, но при гибкости подхода к формированию комплекса водоподготовки, водоочистки и рециркуляции на базе глубокой регенерации, появляется реальная возможность применения новейших ионно-обменных материалов, — таких как цеолит (натуральный гранулированный алюмосиликат);

6) Модуль-колонна ионно-обменной обработки и биологической сорбции;

7) Модуль для аккумулирования обработанной жидкости, перед её утилизацией;

Предлагаемые автором настоящей публикации варианты конфигурации модулей и их взаимная интеграция в единой последовательной системе водоподготовки, комплексной водоочистки, регенерации и рециркуляции позволяют оборудование и его основные рабочие компоненты применять не только в промышленности, но и в сельскохозяйственных ирригационных системах, а также в системах водоподготовки теплиц, в том числе и с полным гидропонным циклом.

В дальнейших публикациях по этой тематике, автор планирует раскрыть и представить системные и принципиальные разработки модульных комплексов в виде:

‒ Трёхэтапная система обработки и воздействия — интегративный гибкий автоматизированный комплекс модулей с дистанционно регулируемым производственно-контрольным циклом;

‒ Четырёхэтапная система обработки и воздействия — интегративный гибкий автоматизированный комплекс модулей с дистанционно регулируемым производственно-контрольным циклом.

Приложение 1

United States Patent Application	20100224506
Kind Code	A1
	September 9, 2010

PROCESS AND APPARATUS FOR COMPLEX TREATMENT OF LIQUIDS

Abstract

Methods and apparatus for complex treatment of contaminated liquids are provided, by which contaminants are extracted from the liquid. The substances to be extracted may be metallic, non-metallic, organic, inorganic, dissolved, or in suspension. The treatment apparatus includes at least one mechanical filter used to filter the liquid solution, a separator device used to remove organic impurities and oils from the mechanically filtered liquid, and an electroextraction device that removes heavy metals from the separated liquid. After treatment within the treatment apparatus, metal ion concentrations within the liquid may be reduced to their residual values of less than 0.1 milligrams per liter. A Method of complex treatment of a contaminated liquid includes using the separator device to remove inorganic and non-conductive substances prior to electroextraction of metals to maximize the effectiveness of the treatment and provide a reusable liquid.

Приложение 2

United States Patent Application	20100224497
Kind Code	A1
	September 9, 2010

DEVICE AND METHOD FOR THE EXTRACTION OF METALS FROM LIQUIDS

Abstract

A volume-porous electrode is provided which increases effectiveness and production of electrochemical processes. The electrode is formed of a carbon, graphitic cotton wool, or from carbon composites configured to permit fluid flow through a volume of the electrode in three orthogonal directions. The electrode conducts an electrical charge directly from a power source, and also includes a conductive band connected to a surface of the electrode volume, whereby a high charge density is applied uniformly across the electrode volume. Apparatus and methods which employ the volume-porous electrode are disclosed for removal of metals from liquid solutions using electroextraction and electro-coagulation techniques, and for electrochemical modification of the pH level of a liquid.

Приложение 3

United States Patent Application	20130173180
Kind Code	A1
	July 4, 2013

DETERMINATION OF ATTRIBUTES OF LIQUID SUBSTANCES

Abstract

A monitoring unit (100) that determines parameters (p1, p2) of an attribute (P) of a liquid substance flowing (F) through a dielectric conduit (110) includes plural coil members (121, 122) encircling the dielectric conduit (110) that subjects a flow of the liquid substance to plural different electromagnetic fields (B(f)), and under influence thereof measuring circuitry registers corresponding impedance measures (z(f)) of the liquid substance. A processor (130) derives the parameters (p1, p2) of the attribute (P) based on the registered impedance measures (z(f)).

Литература:

1. Заявка на патент США 20100224506;

2. Заявка на патент США 20100224497;

3. Заявка на патент США 20130173180;