L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА
| Название | СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Терещук Валерий Сергеевич, Стаценко Иван Николаевич, Степанов Игорь Николаевич |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2671724 |
| Дата регистрации | 06.11.2018 |
| Правообладатель | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) |
| Область применения (класс МПК) | C02F 1/20 (2006.01) C02F 1/461 (2006.01) C01B 17/16 (2006.01) C02F 103/08 (2006.01) |
Описание изобретения
Изобретение может быть использовано в области улучшения экологии природных водоемов с морской водой и их очистки от сероводорода. Для осуществления способа проводят подъем к поверхности сероводородсодержащих вод за счет аэролифта и выделение из них сероводорода с последующим разложением его на элементы. Подъем воды осуществляют вертикальным трубопроводом (1), в рабочей части которого проводят электролиз воды с растворенным в ней сероводородом, причем анодом является корпус трубопровода, выполненный из легкого алюминиевого сплава. В боковой рабочей поверхности корпуса трубопровода расположены окна (2) для забора воды при его тралении в слое воды с растворенным сероводородом. Нижняя часть трубы плотно закрыта крышкой для сбора нерастворимых в морской воде продуктов электролиза, которые тяжелее воды (6). Катодом является сплошной цилиндр из алюминиевого сплава дюраль с содержанием меди 5-8% (7), расположенный по оси трубопровода в его рабочей части. Способ обеспечивает эффективное очищение водоемов с морской водой от сероводорода и, следовательно, предотвращение сокращения рыбных запасов в водоемах. 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к способам очистки природных водоемов от сероводорода для улучшения экологии природных водоемов с целью предотвращения уменьшения рыбных запасов в частности в акватории Черного моря вблизи Крымского побережья.
Наиболее близким к данному предложению является патент РФ №2123476 с приоритетом от 02.07.92 г., который предполагал создание аэролифта из пузырьков водорода, вырабатываемых за счет химической реакции активированного алюминия с морской водой. Водород, поднимаясь по трубе вверх, увлекает по трубе вверх и воду вместе с растворенным в нем водородом. Из движущейся к поверхности воды суспензии, за счет падения давления начинает выделяться и растворенный водород, что усиливает эффект аэролифта.
В 1992 году активированный алюминий предполагал использование сплава алюминия с индием и галлием. Такой сплав успешно выделяет из воды водород, при этом индий и галлий безвозвратно расходуется, что экономически невыгодно, так как эти компоненты по стоимости близки к золоту.
Поэтому предлагается вместо индия и галлия использовать сплав алюминия с несколькими процентами меди, например, 5-8% или использовать известный сплав Д16 (дюраль-дуралюминий), где так же содержится медь. Эти сплавы хорошо зарекомендовали себя в качестве материала для катода при электролизе воды для получения водорода. В предполагаемом нами способе организовывать аэролифт, используя разложение воды при помощи электролиза. Труба сделана из легкого алюминиевого сплава АМГ-6, почти не подверженного коррозии в морской воде. Труба-1 в данном случае будет являться анодом, а катодом расположенный в центре круглый сплошной цилиндр 7 из предлагаемого нами недорогого алюминиевого сплава.
В прототипе вода, в которой растворен сероводород засасывалась снизу трубы, в предлагаемом изобретении см. фиг. 1 нижний торец трубы закрыт, а вода с растворенным сероводородом поступает через боковые окна-2, что предполагает перемещение такой трубы-1 ее траление каким-либо судном, т.е. очищение воды от сероводорода на приличной акватории и в слое по вертикальному размеру щелей водозоборников-2.
Закрытая нижняя часть трубы предполагает сбор продуктов электрохимической реакции, которые тяжелее воды и не растворимы в воде-6.
Преимущество этого способа состоит еще в том, что этот процесс будет регулируемым за счет изменения мощности электроэнергии, подаваемой от постоянного источника тока 8 в цепь анод-катод.
Не нужно будет задействовать насосом, как в прототипе, первоначальное движение воды с растворенным в ней сероводородом вверх к поверхности водоема. Это можно сделать подавая в начале большую мощность на электролизную ячейку.
Следует заметить, что электролиз морской воды с растворенным в ней сероводородом несколько отличается от электролиза обычной воды.
Морская вода содержит в основном хлорид натрия, т.е. катионы натрия и анионы хлора и молекулы воды. Поэтому на катоде наряду с водородом будет находиться и натрий. Натрий с молекулами воды дает NaOH, с одной стороны дает умягчение воды (что полезно в небольших количествах), а с другой усиливает электролиз, что экономит электроэнергию.
На аноде наряду с кислородом выделяется хлор, который хорошо растворяясь в воде образует HCl и соединяясь с NaOH дает реакцию нейтрализации (соль возвращается в воду). Кислород, слабо растворяясь в воде, участвует в увеличении процесса аэролифта и еще происходит аэрация сероводорода и его химическое окисление кислородом.
В ресивере 3 происходит отделение сероводорода от воды. Вода стекает опять в водоем, а сероводород компрессором 4 подается в электролизер 5, где сначала сжижают его, а потом разлагают на водород и серу. Полученный водород частично используют для получения энергии, необходимой для сжатия и разложения сероводорода, а часть в качестве экологически чистого горючего.
Серу используют в различных отраслях народного хозяйства.
Экспериментальная проверка эффективности способа очистки природных водоемов с морской водой от сероводорода проводилась в лабораторных условиях путем извлечения сероводорода
из образцов воды, аналогичных химическому составу морской воды
Для получения раствора морской воды с сероводородом готовим разбавленный раствор соляной кислоты (например 10%) и растворяем в этом растворе сульфид натрия Na2S. При этом идет реакция: Na2S+2 НСl=2NaCl+H2S, т.е. получаем раствор сероводорода в морской воде, т.к. в морской воде прежде всего содержится NaCl. В целях безопасности испытание нужно проводит в вытяжном шкафу с хорошей вытяжкой образующегося сероводорода, т.к. даже небольшая концентрация его в воздухе вредна для здоровья.
Для лабораторного опыта с электролизом используем электролизную ячейку в 1,5 литра, куда вливаем полученный раствор с 5% соляной кислоты - это 75 г НСl или это 2,05 г водорода, т.е. примерно 1 г-моль, и в этом растворе растворяем 0,5 г Na2S, т.е. чисто серы 0,2 г. С этим количеством может соединиться водорода согласно формуле сероводорода 0,06 г. Итого в 1,5 л сероводорода будет 0,26 г, т.е. на литр соответствено концентрация будет 0,173 г/л. Максимальная растворимость составляет 4,47 г/л при 20 град.С и при 1атм. В лечебных целях целях- это средняя допустимая концентрация при приеме сероводородных ванн в течение 10 минут. Следовательно опыт проводим тоже в течение 10 минут.
Соленость нашего электролита получена по хлору примерно 72 г, но натрия 0,3 г и с ним может соединиться только 0,46 г хлора, т.е. NaCl в растворе будет 0,76 г, т.е. 0,5 г/л. Без ущерба для сероводорода добавляем еще согласно приведенной таблице до 20 г/л- это соленость Черного моря. Далее опыт проводим согласно п. 6 Таблицы №1. За 10 минут количество сероводорода уменьшилось в 2 раза. Оценивалось по показателям РН-метра. Щелочной раствор РН 12 изменился до РН 5,7.
Формула изобретения
Способ очистки природных водоемов от сероводорода, включающий подъем к поверхности сероводородсодержащей морской воды за счет аэролифта и выделение из нее сероводорода с последующим разложением его на элементы, отличающийся тем, что подъем воды осуществляют вертикальным трубопроводом, в рабочей части которого осуществляется электролиз воды с растворенным в ней сероводородом, причем анодом является корпус трубопровода, выполненный из легкого алюминиевого сплава и в боковой рабочей поверхности которого расположены окна для забора воды при его тралении в слое растворенного сероводорода, а нижняя часть трубы плотно закрыта крышкой для сбора нерастворимых в морской воде продуктов электролиза, которые тяжелее воды, а катодом является сплошной цилиндр из алюминиевого сплава с содержанием меди 5-8%, расположенный по оси трубопровода в его рабочей части.
Медаль Альфреда Нобеля