Устройство для электрохимической обработки воды

 

Изобретение относится к обработке воды, а именно к обработке воды электрохимическими способами и может быть использовано для получения чистой воды, а также экологических активированных моющих, дезинфицирующих, стерилизующих растворов. Устройство для электрохимической обработки воды содержит первый электрохимический реактор с анодной и катодной камерами, линию подвода исходной воды, второй электрохимический реактор с анодной и катодной камерами. Все указанные камеры имеют входы в нижней и выходы в верхней частях, линию подачи воды, связывающую анодную камеру первого реактора с катодной камерой второго реактора через последовательно установленные по ходу продукта промежуточную емкость для выдержки реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор. Устройство дополнительно содержит блок регулирования физико-химических свойств очищенной воды, дополнительную линию подачи воды и другую линию отвода очищенной воды. При этом первый и второй входы блока соединены соответственно с входом и выходом камеры первого реактора по дополнительной линии подачи воды и линии отвода очищенной воды, третий вход блока соединен с выходом анодной камеры второго реактора по другой линии отвода очищенной воды. Первый и второй выходы блока соединены соответственно со вторым и третьим входами блока через установленный в нем сдвоенный вентиль одновременного регулирования проходных сечений линий, а третий выход блока соединен с анодной камерой реактора и является выходом установленного в блоке двухпозиционного переключателя потоков воды. Первый вход переключателя является первым входом блока, второй вход переключателя соединен с линией отвода очищенной воды перед вентилем, линия через гидравлическое сопротивление связывает выход анодной камеры и вход катодной камеры первого реактора, выход которой соединен с линией дренажа. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обработке воды, а именно, к обработке воды электрохимическими способами и может быть использовано для получения чистой воды, а также экологически чистых активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, содержащее электрохимический реактор в виде одного проточного электролитического модульного элемента, анодная и катодная камеры которого отделены друг от друга керамической ультрафильтрационной диафрагмой, линию подачи питьевой воды, в которой установлен водоструйный насос, соединенный с приспособлением для дозирования хлорида натрия в воду. Смешанная с концентрированным (более 100 г/л) раствором поваренной соли в водоструйном насосе вода одновременно подается на входы анодной и катодной камер реактора, где при включении источника постоянного тока проходит стадию электрохимической обработки, при этом на выходе анодной камеры получают электрохимический активированный раствор анолита А (pH<5,0; ОВП+800...+1200 мВ), а на выходе катодной камеры - раствор католита К (pH>9,0; ОВП = - 700...- 820 мВ) [1].

Устройство обеспечивает получение конечных продуктов (моющего и дезинфицирующего медицинских растворов) по наиболее простой и надежной схеме, вместе с тем его функциональные возможности даже в медицинской практике ограничены, поскольку в анолите А высоко содержание свободного хлора, вследствие чего он обладает повышенными коррозионной активностью и токсичностью.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, содержащее электрохимический реактор в виде одного диафрагменного проточного электролитического элемента, анодная и катодная камеры которого выполнены со входами в нижней и выходами в верхней частях, источник тока, соединенный с электродами камер, линию подвода обрабатываемой воды, соединенную с входом анодной камеры, выход которой через регулятор расхода соединен с входом катодной камеры, линию отвода обработанной воды с последовательно установленными по ходу продукта промежуточной емкостью для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и католитическим реактором, соединенную с выходом анодной камеры, и дренажную линию, соединенную с выходом катодной камеры [2].

Устройство реализует технологический процесс анодной очистки воды "Сапфир", при котором в процессе очистки вода обогащается кислородом, что полезно для лиц с пониженной кислотностью в желудке, так как способствует доокислению недоокисленных продуктов в желудочной среде. Одновременно осуществляется и очистка воды от микроорганизмов всех видов и форм, фенолов, других органических соединений, удаление из воды ионов тяжелых металлов, вместе с тем функциональные возможности устройства ограничены, поскольку в нем отсутствуют технические средства катодной обработки питьевой воды, которая сообщала бы ей восстановительные (электродонорные, антиоксидантные) свойства.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, содержащее два электрохимических реактора, каждый из которых выполнен в виде диафрагменного проточного электролитического модульного элемента с анодной и катодной камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, источник тока, соединенный с соответствующими электродами камер реактора, линию подвода исходной воды, соединенную с входом анодной камеры первого реактора, выход которой по одной линии подачи воды соединен через регулятор расхода со входом анодной камеры второго реактора, а по другой - через последовательно установленные по ходу продукта промежуточную емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор соединен со входом катодной камеры второго реактора, выход которой соединен с линией отвода обработанной воды, при этом выход анодной камеры второго реактора по линии вывода воды соединен со входом катодной камеры первого реактора, выход которой соединен с линией дренажа.

Устройство наиболее близко к изобретению по совокупности существенных признаков и принято в качестве прототипа [3]. Устройство реализует технологический процесс катодной очистки воды "Кристалл" от микроорганизмов всех видов и форм, органических соединений, включая фенолы, избытка солей ионов тяжелых металлов, а также ионов нитратов, нитритов, сульфатов. Вместе с тем, функциональные возможности устройства также ограничены, поскольку в нем отсутствует возможность получения очищенной воды по технологическому процессу "Сапфир", что при коллективном пользовании предопределяет необходимость установки на водопроводной сети одновременно обоих устройств. Особенно этот недостаток проявляется при семейном пользовании, когда для одних ее членов предпочтительной является вода, обогащенная кислородом, а для других - подвергнутая катодной очистке. И этот недостаток усиливается достаточно высокой стоимостью установок.

Задача изобретения состоит в создании устройства для электрохимической очистки воды, которая при коллективном, в частности семейном, пользовании обеспечивала бы возможность выбора каждому из пользователей наиболее приемлемого для него варианта получения очищенной воды ("Сапфир" или "Кристалл"), что существенно расширило бы функциональные возможности устройства и при этом имелась бы возможность получения экологически чистых активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов, преимущественно для медицины и пищевой промышленности.

Задача решается тем, что в устройство для электрохимической обработки воды, содержащее первый и второй электрохимические реакторы, каждый из которых выполнен в виде по меньшей мере одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента с анодной и катодной камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, источник тока, соединенный с соответствующими электродами камер реакторов, линию отвода очищенной воды, линию подвода исходной воды, соединенную с входом анодной камеры первого реактора, выход которой по одной линии подачи воды через последовательно установленные по ходу продукта промежуточную емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор соединен с входом катодной камеры второго реактора, выход которой соединен с линией отвода очищенной воды, линию дренажа, соединенную с выходом катодной камеры первого реактора, линию подачи воды в анодную камеру второго реактора и линию подачи воды в катодную камеру первого реактора, согласно изобретению введены блок регулирования физико-химических свойств очищенной воды, другая линия отвода очищенной воды и дополнительная линия подачи воды, соединенная с линией подачи воды в катодную камеру второго реактора и с первым входом указанного блока, второй и третий входы которого соединены соответственно с линией отвода очищенной воды и выходом анодной камеры второго реактора по другой линии отвода очищенной воды, первый и второй выходы указанного блока являются соответственно выходами линии отвода очищенной воды и другой линии отвода очищенной воды, а третий выход блока соединен со входом анодной камеры второго реактора, причем линия подачи воды в катодную камеру первого реактора через гидравлическое сопротивление соединена с выходом анодной камеры первого реактора.

Целесообразно указанный блок выполнить в виде сдвоенного вентиля одновременного регулирования проходных сечений трубопроводов, установленного в обеих указанных линиях отвода очищенной воды, и двухпозиционного переключателя потоков воды, первый вход которого соединить со входом катодной камеры второго реактора по дополнительной линии подачи воды, второй вход соединить с линией отвода очищенной воды между выходом катодной камеры второго реактора и указанным сдвоенным вентилем, а выход соединить с третьим выходом указанного блока.

Целесообразно также ввести в устройство приспособление для дозирования хлорида натрия в воду и установить его по ходу продукта в линии подачи воды в катодную камеру второго реактора после каталитического реактора.

При использовании изобретения может быть получен технический результат, выражающийся в: - возможности регулирования физико-химических свойств воды в процессе очистки (водородный показатель pH и окислительно- восстановительный потенциал - ОВП), что обусловлено наличием в устройстве нового блока - блока регулирования указанных характеристик; - возможности получения электрохимически активированных растворов типа А, АН, АНК, К для мойки, дезинфекции и стерилизации оборудования, в частности, медицинского, что обусловлено возможностью установки в устройстве приспособления для дозирования хлорида натрия в воду: - значительном снижении материалоемкости и трудозатрат при изготовлении универсального устройства вместо, по меньшей мере, двух отдельных устройств, необходимых для получения чистой воды с заданными свойствами, что в конечном итоге позволяет снизить стоимость установки.

Другие преимущества заявленного изобретения будут видны из описания и чертежа, где изображена его принципиальная гидравлическая схема, на которой обозначено: 1 - первый электрохимический реактор(RPE1) в виде одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента, 2 - анодная камера реактора 1, 3 - катодная камера реактора 1, 4 - линия подвода исходной воды, 5 - второй электрохимический реактор (RPE2) в виде одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента (ПЭМ), 6 - анодная камера реактора 5,
7 - катодная камера реактора 5,
8 - линия подачи воды в катодную камеру реактора 5,
9 - промежуточная емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций (Et),
10 - каталитический реактор (С),
11 - насос (Р),
12 - вентиль регулирующий (V),
13 - емкость с концентрированным раствором поваренной соли (NaCl),
14 - блок регулирования физико-химических свойств очищенной воды,
15 - дополнительная линия подачи воды в блок 14,
16 - двухпозиционный переключатель потока воды в блоке 14,
17 - линия подачи воды в анодную камеру реактора 5,
18 - линия отвода очищенной воды - католита,
19 - другая линия отвода очищенной воды - анолита,
20 - сдвоенный вентиль одновременного регулирования проходных сечений линий 18 и 19,
21 - первый вход блока 14,
22 - второй вход блока 14,
23 - третий вход блока 14,
24 - линия дренажа первого реактора 1
25 - первый выход блока 14,
26 - второй выход блока 14,
27 - третий выход блока 14,
28 - первый вход переключателя 16,
29 - второй вход переключателя 16,
30 - выход переключателя 16,
31 - линия подачи воды в катодную камеру 3 реактора 1,
32 - гидравлическое сопротивление в R линии 31.

Как видно из схемы устройства, линия 4 подвода исходной воды соединена со входом анодной камеры 2 реактора 1, выход которой по линии 8 подачи воды через последовательно установленные по ходу продукта промежуточную емкость 9 и каталитический реактор 10 соединен со входом катодной камеры 7 второго реактора 5, выход которой соединен с линией 18 отвода очищенной воды-католита, другая линия 19 отвода очищенной воды-анолита соединена с выходом анодной камеры 6 второго реактора 5, при этом обе линии соединены соответственно с вторым 22 и третьим 23 входами блока 14, первый 25 и второй 26 выходы которого являются соответственно выходами линий 18 и 19. Сдвоенный вентиль 20 одновременного регулирования проходных сечений установлен на линиях 18 и 19 так, что при максимальном проходном сечении линии 18 линия 19 будет настроена на капельную подачу воды и наоборот - при максимальном проходном сечении линии 19 линия 18 будет настроена на капельную подачу воды.

В блоке 14 двухпозиционный переключатель 16 установлен так, что его первый вход 28 является первым входом 21 блока и соединен со входом катодной камеры 7 реактора 5 по дополнительной линии 15 подачи воды, второй вход 29 соединен с линией 18 отвода очищенной воды между выходом катодной камеры 7 реактора 5 и сдвоенным вентилем 20 регулирования проходного сечения, а выход 30 переключателя 16 является третьим выходом 27 блока 14 и по линии 17 подачи воды соединен со входом анодной камеры 6 второго реактора 5, вследствие чего при одном положении регулятора 16 поток в камеру 6 реактора 5 будет поступать от линии 18 отвода очищенной воды, а при другом - от дополнительной линии 15 подачи воды в блок 14. Линия 24 дренажа соединена с выходом катодной камеры 3 первого реактора 1, вход которой по линии 31 подачи воды через гидравлическое сопротивление 32 соединен с выходом анодной камеры 2 реактора 1. Для получения электрохимически активированных растворов анолита типов А, АН[4], АНК [5] в линии 8 подачи воды после каталитического реактора 10 может быть установлено приспособление для дозирования, например, хлорида натрия в воду, включающее насос 11, регулирующий вентиль 12 и емкость 13 с концентрированным раствором поваренной соли (NaCl).

Устройство может быть настроено на получение очищенной воды по технологическим процессам "Сапфир", либо "Кристалл", либо растворов анолита А, АН, АНК, АНД.

Для получения очищенной воды по технологическому процессу "Сапфир" в блоке 14 регулирования физико-химических свойств воды с помощью вентиля 20 устанавливают максимальное проходное сечение в трубопроводе линии 19 отвода очищенной воды, одновременно автоматически уменьшается проходное сечение в линии 18 отвода очищенной воды до режима капельной подачи, а с помощью переключателя 16 анодную камеру 6 второго реактора 5 по линии 17 подачи воды соединяют с линией 18 отвода очищенной воды, как показано на схеме устройства.

По линии 4 в анодную камеру 2 первого реактора 1 подают водопроводную воду, а на электроды обоих реакторов подают постоянный ток напряжением до 40 В. Очищаемый поток по линии 8 через емкость 9 и реактор 10 поступает на вход катодной камеры 7 реактора 5, с выхода которой по линии 18 подается на второй вход 22 блока 14, затем на второй вход 29 переключателя 16, с выхода 30 которого через третий выход 27 блока 14 по линии 17 подачи воды поступает на вход анодной камеры 6 второго реактора 5, с выхода которой по другой линии 19 отвода очищенной воды подается на третий 23 вход блока 14, где, проходя через максимальное проходное сечение вентиля 20, со второго выхода 26 блока 14 поступает к потребителю. Поскольку дополнительная линия 15 подачи воды в этот момент заперта, а линия 18 отвода очищенной воды после переключателя 16 перекрыта вентилем 20 на капельную подачу, на выходе 26 устройства потребитель получает воду, обогащенную кислородом, прошедшую на конечной стадии электрохимическую обработку в анодной камере реактора 5.

Вода, очищенная по классическому технологическому процессу "Сапфир", может быть получена и при неработающем реакторе 5. В этом случае, вентилем 20 устанавливают максимальное проходное сечение в линии 18, а поток, обработанный в камере 2 реактора 1, через емкость 9, реактор 10 и камеру 7 реактора 5 по линии 18 поступает на выход 25 блока 14 к потребителю.

Для получения очищенной воды по технологическому процессу "Кристалл" в блоке 14 регулирования физико-химических свойств воды с помощью вентиля 20 устанавливают максимальное проходное сечение линии 18 отвода очищенной воды, одновременно автоматически уменьшается проходное сечение в другой линии 19 отвода очищенной воды до режима капельной подачи, а с помощью переключателя 16 дополнительную линию 15 подачи воды через первый вход 21 блока 14 соединяют с третьим выходом 27 блока 14, направляя поток воды по линии 17 в анодную камеру 6 реактора 5, на выходе которой по линии 19 вода идет на третий вход 23 блока 14 и через вентиль 20 в режиме капельной подачи направляется на второй выход 26 блока 14.

Основной поток обрабатываемой воды при этом по линии 8 через емкость 9 и реактор 10 подается в катодную камеру 7 реактора 5, проходит в ней конечную стадию электрохимической обработки и по линии 18 отвода очищенной воды подается на второй вход 22 блока 14, проходит через максимально открытое сечение вентиля 20, и с первого выхода 25 блока потребитель получает очищенную воду с высокими восстановительными (электродонорными, антиоксидантными) свойствами.

Такая вода будет поступать к потребителю и при положении переключателя 16, когда его выход 30 соединен со вторым входом 29, вследствие чего вода в анодную камеру 6 реактора 5 будет подаваться по линии 17 от линии 18.

Для получения экологически чистых активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов в линии 8 подачи воды устанавливают приспособление для дозирования, например хлорида натрия, в воду. Могут быть использованы хлориды других металлов, в частности магния. Напряжение на электродах реактора 5 понижают до 12 В, а переключатель 16 и вентиль 20 в блоке 14 переводят в положение, соответствующее технологическому процессу "Сапфир". И теперь, устанавливая соответствующую концентрацию раствора в емкости 13, при включении насоса 11 в работу устройства на выходе 26 блока 14 по линии 19 отвода очищенной воды можно получить анолит любого типа из ряда АН, АНК в соответствии с его назначением.

В устройстве предусмотрена возможность получения анолита типа АНД [6], для чего напряжение на электродах реактора 1 понижают до 12 В, а в линии 4 подвода исходной воды устанавливают дополнительное дозирующее приспособление с хлоридом калия или магния. Его конструктивное исполнение аналогично описанному выше и на чертеже не показано.

Для получения анолита типа А вентиль 20 в блоке 14 настраивают на одинаковые проходные сечения в линиях 18 и 19, а переключатель 16 устанавливают в положение соединения его выхода 30 с первым входом 28, выравнивая тем самым потоки воды, поступающие в камеры 6 и 7 реактора соответственно по линиям 17 и 8. И теперь с выходов 25 и 26 блока 14 получают соответственно растворы католита К и анолита А.

На всех описанных режимах работы устройства вода в катодную камеру 3 реактора 1 поступает от линии 8 через гидравлическое сопротивление 32 по линии 31, а с выхода камеры по линии 24 уходит в дренаж.

Устройство успешно прошло всесторонние испытания с обеспечением стабильного получения заданного продукта с производительностью 30 л/час. Его производительность при необходимости может быть увеличена путем увеличения количества модульных элементов в каждом из реакторов 1 и 5 путем компоновки их в блоки.

Источники информации
1. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. - М.: Академия медицинско-технических наук РФ, 1999, с. 36-38, рис. 4.1.

2. То же, с.117, 118, рис. 6.2.

3. То же, с. 118, 119, рис. 6.3 (прототип).

4. То же, с. 39, 40, рис. 4.3.

5. То же, с. 40, 41, рис. 4.4.

6. То же, с. 44-46, рис. 4.6.

Формула изобретения

1. Устройство для электрохимической обработки воды, содержащее, по меньшей мере, первый и второй электрохимические реакторы, каждый из которых выполнен в виде, по меньшей мере, одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента с анодной и катодной камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, источник тока, соединенный с соответствующими электродами камер реакторов, линию отвода очищенной воды, линию подвода исходной воды, соединенную со входом анодной камеры первого реактора, выход которой по одной линии подачи воды через последовательно установленные по ходу продукта промежуточную емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор соединен со входом катодной камеры второго реактора, выход которой соединен с линией отвода очищенной воды, линию дренажа, соединенную с выходом катодной камеры первого реактора, линию подачи воды в анодную камеру второго реактора и линию подачи воды в катодную камеру первого реактора, отличающееся тем, что оно содержит блок регулирования физико-химических свойств очищенной воды, другую линию отвода очищенной воды и дополнительную линию подачи воды, соединенную с линией подачи воды в катодную камеру второго реактора и с первым входом указанного блока, второй и третий входы которого соединены соответственно с линией отвода очищенной воды и выходом анодной камеры второго реактора по другой линии отвода очищенной воды, первый и второй выходы блока являются соответственно выходами линии отвода очищенной воды и другой линии отвода очищенной воды, а третий выход блока соединен со входом анодной камеры второго реактора, причем линия подачи воды в катодную камеру первого реактора через гидравлическое сопротивление соединена с выходом анодной камеры первого реактора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок регулирования физико-химических свойств очищенной воды выполнен в виде сдвоенного вентиля одновременного регулирования проходных сечений трубопроводов, установленного в обеих указанных линиях отвода очищенной воды, и двухпозиционного переключателя потоков воды, первый вход которого соединен со входом катодной камеры второго реактора по дополнительной линии подачи воды, второй вход соединен с линией отвода очищенной воды между выходом катодной камеры второго реактора и указанным сдвоенным вентилем, а выход переключателя потоков воды является третьим выходом блока регулирования физико-химических свойств очищенной воды.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит приспособление для дозирования хлорида натрия в воду, установленное по ходу продукта в линии подачи воды в катодную камеру второго реактора после каталитического реактора.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит дополнительное приспособление для дозирования хлорида, например магния, в воду, установленное в линии подвода исходной воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1