Способ электрообработки воды в установке получения доброкачественной питьевой воды методом электрохимической коагуляции и устройство для его осуществления
Изобретение относится к способам и устройствам электрохимической очистки воды и может быть использовано в бытовых условиях и для улучшения водоснабжения предприятий общественного питания, лечебных и детских учреждений, офисов и пр. Способ электрообработки воды методом электрохимической коагуляции включает ее обработку с использованием электродного блока, при этом исходную воду вертикальным восходящим потоком подают в электродный блок в межэлектродные промежутки, образованные параллельными растворимыми анодами, растворимыми электродами, не соединенными непосредственно с источником питания, и нерастворимыми катодами, функцию которых выполняют стенки корпуса электродного блока, и обрабатывают воду электрическим током, протекающим по последовательной цепи, созданной нерастворимыми катодами, растворимыми электродами, не соединенными непосредственно с источником питания, растворимыми анодами и прослойками воды между ними. Технический результат - снижение трудозатрат на обслуживание устройства, расширение его функциональных возможностей путем адаптации к любому составу воды и требованиям производителей устройств, повышение экономичности за счет снижения материалоемкости растворимых электродов, простота в изготовлении и обслуживании устройства, повышение надежности устройства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы., 2 ил.
Изобретение относится к способам и устройствам электрохимической очистки воды и может быть использовано в бытовых условиях и для улучшения водоснабжения предприятий общественного питания, лечебных и детских учреждений, офисов и пр.
Известен способ электрохимической очистки воды и устройство для его осуществления (Патент РФ №2180322, МПК С02Р 1/463, С02Р 1/465, опубл. 03.10.02 г.). Устройство содержит реактор с пакетом параллельных растворимых электродов, в котором пакет растворимых электродов установлен непосредственно над электродами электрофлотации в нижней части реактора, верхняя часть которого выполнена в форме усеченного конуса, на котором закреплена емкость шламосборника, при этом на верхнем отверстии реактора установлена крышка в форме обратного конуса с возможностью вертикального перемещения, обладающая плавучестью.
Способ электрохимической очистки питьевой воды включает ее обработку с использованием пакетов растворимых электродов с последующим фильтрованием, при этом исходную воду обрабатывают пакетом параллельных растворимых электродов и электрофлотацией одновременно в режиме заполнения емкости водой, после наполнения которой пакет параллельных растворимых электродов отключают и обрабатывают воду в непроточном режиме электрофлотацией, после подъема образовавшегося коагулянта к поверхности электрофлотацию отключают, коагулянт сливают, а обработанную воду фильтруют.
Известно также устройство для электрохимической очистки питьевой воды и способ его работы (Патент РФ №2236381, МПК С02Р 1/463, C02P 1/465, опубл. 20.09.04 г.). Устройство содержит электродный блок электрокоагуляции с пакетом параллельных катодов и растворимых анодов, электроды электрофлотации и реактор, в верхней части которого закреплена емкость шламосборника, при этом на верхнем отверстии реактора установлена крышка в форме обратного конуса с возможностью вертикального перемещения, обладающая плавучестью, при этом электродный блок электрокоагуляции с пакетом параллельных катодов и растворимых анодов и электродами электрофлотации выполнен в отдельном корпусе, в верхней части которого размещены электроды электрокоагуляции, а в нижней части - электроды электрофлотации, при этом аноды электрофлотации и электрокоагуляции установлены соосно, а катоды являются общими для обеих групп электродов, причем снизу установлен входной патрубок, а сверху патрубок, соединяющий электродный блок с емкостью шламосборника. Устройство содержит блок коммутации, меняющий полярность анодов пакета электродов электрокоагуляции после заполнения емкости шламосборника. Аноды пакета электродов электрокоагуляции выполнены из сплавов алюминия, катоды электродов электрокоагуляции и электрофлотации выполнены из нержавеющей стали, а аноды электрофлотации - из малоизнашиваемых материалов.
В известных устройствах исходную воду подвергают комплексному воздействию электрического тока, создаваемому системой растворимых электродов, имеющих гальванический контакт с внешним источником электрической энергии. Процессы, имеющие место при электрообработке воды, находят свое продолжение в процессах коагуляции, сорбции, флотации шлама, в котором содержатся в нерастворимом виде вещества, загрязнявшие исходную воду. Образовавшийся шлам сравнительно легко удаляют из воды путем объемной механической фильтрации. Основным звеном в технологической цепочке является процесс электрообработки исходной воды.
Известные технические решения реализуют этот процесс путем создания электрического тока с помощью системы электродов, гальванически связанных непосредственно с источником электроэнергии. Это определяет параллельную схему соединения электродов и необходимость защиты гальванических контактов от воздействия воды. Электроды должны быть достаточно прочными для сохранения формы, что обусловливает их толщину, значительно превышающую толщину слоя материала электрода, растворяющегося в процессе электрообработки до образования плотной пленки, препятствующей дальнейшему растворению.
Недостатки известных технических решений заключаются в сложности обеспечения надежного гальванического контакта и необходимости периодической механической зачистки поверхности электродов от наслоений, затрудняющих выход материала электродов в воду. Это увеличивает трудозатраты на обслуживание устройства. Устройство затруднено адаптировать к различным составам очищаемой воды и под установки различных производителей.
Технический результат предлагаемого изобретения - снижение трудозатрат на обслуживание устройства, расширение его функциональных возможностей путем адаптации к любому составу воды и требованиям производителей устройств, повышение экономичности за счет снижения материалоемкости растворимых электродов, простота в изготовлении и обслуживании устройства, повышение надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в способе электрообработки воды в установке получения питьевой воды методом электрохимической коагуляции, включающем ее обработку с использованием электродного блока, исходную воду подают в электродный блок в пространство между параллельными нерастворимыми катодами, функцию которых выполняют стенки электродного блока, растворимыми электродами, не соединенными непосредственно с источником питания, и растворимыми анодами вертикальным восходящим потоком и обрабатывают электрическим током, протекающим по последовательной цепи, созданной нерастворимыми катодами, растворимыми электродами, не соединенными непосредственно с источником питания, растворимыми анодами и прослойками воды между ними.
Электродный блок является составной частью установки для получения питьевой воды методом электрохимической коагуляции. В этой установке исходная вода поступает под давлением в электродный блок для электрообработки. Обработанная вода из электродного блока поступает в накопительную емкость, где продолжаются и завершаются процессы коагуляции, сорбции и флотации шлама. Из накопительной емкости вода поступает в устройство отделения образовавшегося шлама, на выходе которого получается очищенная вода.
В устройстве для электрообработки воды в установке получения питьевой воды методом электрохимической коагуляции, содержащей электродный блок, выполненный в отдельном корпусе, подводящий и отводящий водоводы, источник питания, электродный блок выполнен из двух групп электродов - растворимых и нерастворимых, при этом нерастворимая группа электродов, являющихся общим катодом, выполнена в виде корпуса электродного блока, имеющего карманы с параллельными стенками, внутри которых расположены параллельно друг другу растворимые аноды и растворимые электроды, не соединенные непосредственно с источником питания. Точная ориентация анодных пластин и растворимых электродов в карманах корпуса обеспечивается направляющими, выполненными из диэлектрического материала.
Корпус из нержавеющей стали выполнен разборным и водонепроницаемым, растворимые электроды, не соединенные непосредственно с источником питания, выполнены из железных пластин, растворимые аноды выполнены из алюминиевых пластин, при этом соотношение площадей железных и алюминиевых пластин не превышает 1.
Корпус имеет в поперечном сечении прямоугольную форму. Подводящий водовод выполнен в нижней части корпуса, отводящий водовод - в верхней части корпуса.
Введение указанных признаков в способ и устройство для его осуществления обеспечивает исключение необходимости непосредственного гальванического контакта растворимых электродов, не соединенных непосредственно с источником питания, с внешними электрическими цепями и позволяет выбрать толщину электродов достаточно малую для эффективного использования материала электродов, до необходимости их зачистки (использовать одноразовые электроды). Варьируя площадью электродов, их числом и шириной межэлектродного промежутка, можно легко адаптировать конструктивные параметры электродного блока и электрические параметры источника электропитания к конкретным требованиям разработки. Адаптация технологического процесса электрохимической коагуляции к химическому составу исходной воды (содержанию железа) легко осуществляется необходимым соотношением площадей алюминиевых анодов и железных электродов, не соединенных непосредственно с источником питания, в электродном блоке.
Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно считать, что предложенные технические решения (способ и устройство для его осуществления) соответствуют условию изобретательского уровня.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на Фиг.1 представлен вариант конструкции электродного блока, а на Фиг.2 - то же, вид сбоку.
Устройство для электрообработки воды в установке получения питьевой воды методом электрохимической коагуляции содержит две категории растворимых электродов: алюминиевые аноды 1 и железные электроды 2, не соединенные непосредственно с источником питания, выполненные в виде плоскопараллельных пластин. Растворимые аноды 1 и электроды 2 размещены в пазах направляющих 5 параллельно друг другу и стенкам корпуса 3, выполняющим одновременно функцию нерастворимых катодов. Аноды 1 и корпус 3 соединены с источником питания 4. Корпус 3 выполнен разборным и водонепроницаемым. Корпус 3 имеет в поперечном сечении прямоугольную форму и разделен на карманы. Разборка и сборка корпуса осуществляется в вертикальном направлении. Направляющие 5 выполнены из диэлектрического материала в виде пластин с продольными пазами для пространственной ориентации анодов и электродов, не соединенных непосредственно с источником питания. Соотношение площадей железных электродов и алюминиевых анодов зависит от содержания железа в исходной воде и может достигать 1.
Предлагаемый способ электрообработки воды в установке получения питьевой воды так же, как и прототип, включает ее обработку с использованием растворимых электродов с последующим механическим фильтрованием.
В отличие от прототипа по предлагаемому способу воду, подлежащую очистке, обрабатывают в межэлектродных промежутках, образованных нерастворимыми и растворимыми электродами, соединенными последовательно посредством самих водных прослоек.
Способ электрообработки воды в установке получения питьевой воды методом электрохимической коагуляции осуществляется следующим образом. Исходную воду, предназначенную для очистки, направляют под давлением через распределитель потока 6 равномерно в межэлектродные промежутки, образованные растворимыми анодами 1, растворимыми электродами 2 и нерастворимым стенками корпуса 3, выполняющими функцию катодов. Напряжение, приложенное к растворимым анодам 1 и корпусу 3, создает ток в последовательной цепи, состоящей из алюминиевых анодов 1, железных электродов 2, корпуса 3 и водных прослоек, находящихся между ними. Каждая из пластин растворимых электродов 2 одной поверхностью выступает в роли анода, с которой происходит растворение металла в воде, а другой поверхностью - в роли катода, на поверхности которого протекают восстановительные реакции. Вся вода, проходящая через электродный блок, подвергается одинаковому воздействию электрического напряжения и тока, что гарантирует одинаковую обработку всего объема воды, прежде всего ее надежное обеззараживание. После электрообработки вода через выходной водовод 7 поступает под давлением в накопительную емкость, в которой продолжаются и завершаются процессы коагуляции, сорбции и флотации. Образовавшийся шлам отделяют от воды путем сброса основной его части в дренаж и механическим фильтрованием остатков шлама.
Наилучшие условия для образования и созревания коагулянта создают путем оптимизации электрических параметров в цепях электродного блока. При этом исходят из оптимизации плотности тока и количества электричества, пропущенного через единицу объема воды. От плотности тока зависит прежде всего выход металла с поверхности растворимых анодов. В различных устройствах, работающих на основе электрохимической коагуляции, плотность тока лежит в диапазоне от единиц до сотен миллиампер на квадратный сантиметр площади анода. При плотности тока меньше 1 мА/см2 существенно снижается производительность и количество материала, выпущенного в воду в качестве центров коагуляции. При плотности тока больше 100 мА/см2 повышается опасность нежелательных процессов, в частности процесса гипохлорирования. Количество электричества, пропущенного через единицу объема обрабатываемой воды, необходимое для структуризации (приближения к структуре талой воды), составляет от 50 до 200 кулонов на литр воды. При количестве электричества менее 50 кулонов получается незавершенность процесса реструктуризации воды, происходит недостаточный выход материала анода для эффективного протекания процесса коагуляции. При количестве электричества более 200 кулонов происходит неоправданно большой расход электроэнергии и материала анода.
Время электрообработки воды в электродном блоке в разных по производительности установках составляет 3-15 минут.
Промышленный выпуск установок, работающих по технологии электрохимической коагуляции, содержит ряд моделей, обеспечивающих производительность от десятков до тысяч литров доброкачественной питьевой воды в час.
1. Способ электрообработки воды методом электрохимической коагуляции, включающим ее обработку с использованием электродного блока, отличающийся тем, что исходную воду вертикальным восходящим потоком подают в электродный блок в межэлектродные промежутки, образованные параллельными растворимыми анодами, растворимыми электродами, не соединенными непосредственно с источником питания, и нерастворимыми катодами, функцию которых выполняют стенки корпуса электродного блока, и обрабатывают воду электрическим током, протекающим по последовательной цепи, созданной нерастворимыми катодами, растворимыми электродами, не соединенными непосредственно с источником питания, растворимыми анодами и прослойками воды между ними.
2. Устройство для электрообработки воды методом электрохимической коагуляции, содержащее электродный блок, выполненный в отдельном корпусе, подводящий и отводящий водоводы, отличающееся тем, что электродный блок выполнен из двух групп электродов - растворимых и нерастворимых, при этом нерастворимая группа электродов, являющихся общим катодом, выполнена в виде корпуса электродного блока, имеющего карманы с параллельными стенками, внутри которых расположены параллельно друг другу растворимые аноды и растворимые электроды, не соединенные непосредственно с источником питания.
3. Устройство для электрообработки воды по п.2, отличающееся тем, что корпус выполнен разборным и водонепроницаемым.
4. Устройство для электрообработки воды по п.2, отличающееся тем, что параллельное расположение электродов обеспечивается направляющими, выполненными из диэлектрического материала.
5. Устройство для электрообработки воды по п.2, отличающееся тем, что растворимые электроды, не соединенные непосредственно с источником питания, выполнены из железных пластин, а растворимые аноды выполнены из алюминиевых пластин, при этом соотношение площадей железных и алюминиевых пластин не превышает 1.
6. Устройство для электрообработки воды по п.2 или 3, отличающееся тем, что корпус выполнен из нержавеющей стали.
7. Устройство для электрообработки воды по п.2 или 3, отличающееся тем, что корпус имеет в поперечном сечении прямоугольную форму.
8. Устройство для электрообработки воды по п.2, отличающееся тем, что подводящий водовод выполнен в нижней части корпуса.
9. Устройство для электрообработки воды по п.2, отличающееся тем, что отводящий водовод выполнен в верхней части корпуса.
