Блок химической очистки воды

Блок химической очистки воды предназначен для очистки природных вод с целью последующего использования их в качестве питьевой воды. Данное изобретение относится к области химической технологии в сфере водоочистки. Блок очистки воды представлен устройством, включающим в себя электрохимическую и сорбционную ячейки. Электрохимическая ячейка выполнена в виде двух цилиндрических коаксиально расположенных друг относительно друга электродов, причем эти электроды выполнены без отверстий, что обеспечивает их водонепроницаемость. Поток воды проходит электрохимическую ячейку зигзагообразно, в результате чего достигается глубокая степень очистки воды от таких примесей воды как железо, марганец, тяжелые металлы, сероводород, сульфиды, а также органические примеси, т.е. в результате очистки происходит и обеззараживание воды. Сорбционная ячейка представляет собой многослойно уложенный фильтрационный материал, между слоями которого находится угольное сорбционное волокно. Поток воды, проходящий через сорбционную ячейку, фильтруется от механических примесей, активного хлора и хлорорганических соединений, железа, марганца, тяжелых металлов, сероводорода, запаха и цветности воды. Блок очистки воды может быть оснащен устройством реверса полярности электродов и системой промывки, что значительно продлевает срок службы электродов и позволяет существенно увеличить период функционирования обеих ячеек до их очередного технического обслуживания.

Заявляемая полезная модель относится к области техники, связанной с разработкой и применением химических технологий для целей очистки воды.

Известен блок очистки воды, включающий коаксиально расположенные внешний, являющийся корпусом, и внутренний электроды, разделенные трубчатой керамической диафрагмой с образованием анодной и катодной электродных камер и каталитическую камеру, размещенную внутри полого анода и через которую анодная и катодная камера соединены между собой, при этом устройство снабжено держателем и приспособлениями для подвода и отвода воды, а также устройством для перемешивания потока воды. (патент РФ 32084408. 1997. МПК С02F 1/461).

Недостаток функционирования данного устройства состоит в следующем: если вода, подаваемая на очистку, содержит хлорсодержащие соединения (хлориды), в анодной камере образуется свободных хлор, который, соединяясь с водой, тяжелыми металлами и органическими примесями (гумусовые и гуминовые кислоты, фенолы, ПАВы), присутствующими в воде, образует новые еще более токсичные соединения. Поэтому возникает необходимость удаления избытков активного хлора и его соединений из обработанной воды.

Известен так же блок, включающий электрохимическую ячейку, имеющую коаксиально расположенные внешний и внутренний электроды с держателями, установленными на противоположных концах этих электродов, приспособления для подвода и отвода воды, а также установленную после электрохимической ячейки сорбционную ячейку. При этом электроды электрохимической ячейки разделены трубчатой керамической диафрагмой на анодную и катодную камеры и закреплены держателями, установленными с противоположных концов электродов. Сорбционная ячейка заполнена активированным углем, (патент РФ 2133224. МПК С02F 1/46).

Однако, этому устройству присущи свои недостатки, препятствующие достижению высоких качественных и количественных показателей очистки воды, данного блока являются:

- высокая пористость трубчатой керамической диафрагмы, способствующая закупориванию ее солями жесткости и тяжелых металлов;

- низкий сорбционных ресурс выработки активированного угля, вторичное загрязнение очищаемой воды микрочастицами угля и продуктами десорбции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является блок очистки воды с электрохимической ячейкой, имеющую коаксиально расположенные водопроницаемые внешний и внутренний электроды с держателями, приспособления для подвода и отвода воды, а также установленную после электрохимической ячейки сорбционную ячейку. Водопроницаемость электродов обеспечивается наличием в них отверстий, через которые протекает вода. Согласно предлагаемому техническому решению, электрохимическая ячейка снабжена корпусом со съемной крышкой, в которой расположены приспособления, выполненные в виде патрубков, для подвода и отвода воды, а также неподвижно закреплены отстоящие друг от друга электроды, имеющие формы водопроницаемых полых цилиндров из нерастворимого в воде материала, сорбционная ячейка снабжена двумя слоями гофрированного фильтрующего материала, между которыми находится сорбционный материал. (патент РФ 58525. 2006. МПК С02F 1/46).

Данный блок очистки воды может служить прототипом для заявляемой нами полезной модели. Однако такой блок характеризуется достаточно низкими показателями долговечности работы, а также не обеспечивает высокого качества очистки воды от нефтепродуктов, железа, тяжелых металлов, сероводорода и сульфидов, хлора, не обеспечивает удаление неприятного запаха и привкуса, болезнетворных микроорганизмов и бактерий (обеззараживания воды). Причинами, препятствующими повышению долговечности работы и качества очистки воды, являются водопроницаемость электродов и малая рабочая поверхность окисления (около 50%), характерные для данной модели блока очистки воды. При этом время прохождения очищаемой воды через водопроницаемые электроды в зоне окисления, находящейся между электродами, ничтожно мало, что не обеспечивает эффективного удаления загрязнений, таких как нефтепродукты, железо, марганец и карбонаты (соли жесткости). Более того, содержащиеся в очищаемой воде соли жесткости легко откладываются на катоде, образуя на нем солевые отложения, что приводит к выводу блока очистки из рабочего состояния вследствие падения тока.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в улучшении количественных показателей долговечности работы блока очистки воды и в повышении качества очистки воды от нефтепродуктов, железа, тяжелых металлов, сероводорода и сульфидов, хлора, неприятного запаха и привкуса, болезнетворных микроорганизмов и бактерий (обеззараживания воды).

Предлагаемый блок очистки воды изображен схематично на прилагаемых чертежах.

На Фиг.1 представлен блок очистки воды, содержащий блок 1 в виде корпуса со съемной крышкой 2 и с электрохимической ячейкой 3 с коаксиально расположенными электродами, блок 4 с сорбционной ячейкой 5, снабженной многослойным фильтрующим материалом. Так же на Фиг.1 используются следующие обозначения элементов: 6 - реле потока с манометром на входе блока очистки, 7 - источник постоянного тока, 8 - блок переполюсовки, 9 - устройство для отвода газа, 10 - манометр на выходе блока очистки, 11 - система промывки, краны для отвода загрязнений 12, 13.

Работа блока осуществляется следующим образом

Поток неочищенной воды через реле потока 6 из напорного источника поступает в блок 1 с электрохимической ячейкой 3, детально изображенной на Фиг.2.

Фиг.2 иллюстрирует работу электрохимической ячейки 3 и назначение образующих ее элементов, для максимальной наглядности Фиг.2 выполнена в общем виде (справа) и в разрезе (слева). Поток воды, иллюстрируемый стрелками, попадая в блок 1 с электрохимической ячейкой 3, через радиально расположенные отверстия 14 в нижней поддерживающей крышке 15, проходит вдоль поверхности электродов между анодом 16 и катодом 17. Следует отметить, что прямолинейные стрелки, иллюстрирующие поток воды между анодом 16 и катодом 17, используются для того, чтобы показать общее направление движения потока. Внутри электрохимической ячейки 3 поток дважды меняет направление своего течения (вверх-вниз-вверх) благодаря водонепроницаемой конструкции электродов электрохимической ячейки 3. Таким образом, путь движения потока воды между электродами значительно увеличивается. Такая организация направления потока до момента достижения им отводящего патрубка электрохимической ячейки, представленного на Фиг.2 элементом 18, обеспечивает глубокое окисление железа, марганца, тяжелых металлов, сероводорода, органических примесей: обеззараживание воды. При этом нижняя поддерживающая крышка 15 фиксируется заглушкой 19. Постоянный ток подается в электрохимическую ячейку 3 посредством тоководов 20.

Поток очищаемой воды после прохождения электрохимической ячейки 3 через соединительные патрубки поступает в блок 4 с сорбционной ячейкой 5 (Фиг.1), оснащенной многослойным фильтрующим материалом 21, между которыми находится сорбционный материал 22 (Фиг.3).

На Фиг.3 представлено детальное изображение сорбционной ячейки, для максимальной наглядности Фиг.3 выполнена в общем виде (справа) и в разрезе (слева). Поток воды, иллюстрируемый стрелками, направлен перпендикулярно слоям фильтрующего 21 и сорбционного 22 материала, закрепленным на отводящем патрубке сорбционной ячейки, представленном на Фиг.3 элементом 23. Патрубок 23 закреплен верхней и нижней крышками 24 сорбционной ячейки 5 и заглушкой 25. Благодаря многократному повторению процессов фильтрации и сорбции потока воды, достигается эффект глубокого удаления, помимо хлора, запаха, привкуса и бактерий, также таких загрязнений, как взвешенные вещества, сероводород (меркаптан), нефтепродукты, железо, марганец, тяжелые металлы и сульфиды.

Благодаря срабатыванию реле потока 6 (Фиг.1), отвечающего за включение источника постоянного тока 7 только во время водоразбора, не происходит холостого расхода электричества, что повышает энергоэффективность работы предлагаемого блока очистки воды. Блок переполюсовки 8 препятствует отложению солей жесткости на рабочей поверхности электродов, благодаря циклическому реверсу полярности постоянного тока, подаваемого на тоководы 20 (Фиг.2). Образующиеся газы в процессе электролиза отводятся автоматически устройством для отвода газа 9. Система манометров на реле потока 6 и сорбционной ячейке 5 служит для сигнализации необходимости промывки блока очистки, которую осуществляет с заданной периодичностью система промывки 11 блоков электрохимической и сорбционной очистки обратным током через краны для отвода загрязнений 12 и 13.

Материалом, из которого могут быть выполнены электроды, может быть любой нерастворимый в воде водонепроницаемый материал. В частности, электроды могут быть выполнены из титана, покрытого переходным металлом. К таким соединениям относятся следующие материалы: ОРТА - (оксидно-рутениевый титановый анод), ОКТА - (оксидно-кобальтовый титановый анод) и т.п. Другим подходящим материалом для электродов заявляемой полезной модели может быть (железо и различные сорта стали).

Таким образом, заявляемая полезная модель - блок химической очистки воды - позволяет удалять, помимо хлора, запаха, привкуса и бактерий, также такие загрязнения, как взвешенные вещества, сероводород (меркаптан), нефтепродукты, железо, марганец, тяжелые металлы, сульфиды.

Хотя настоящая полезная модель была описана на примере конкретных вариантов ее осуществления, для специалистов будут ясны возможности многочисленных модификаций данной полезной модели, не выходящие за границы объема ее правовой охраны, определяемого прилагаемой формулой.

1. Блок очистки воды, включающий электрохимическую ячейку, оснащенную корпусом со съемной крышкой, в которой установлены патрубки для подвода и отвода воды и отстоящие друг от друга электроды, имеющие форму полых цилиндров из не растворимого в воде материала, сорбционную ячейку, отличающийся тем, что электроды выполнены без отверстий, что обеспечивает их водонепроницаемость.

2. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что электрохимическая ячейка оснащена блоком реверса полярности электродов.

3. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что сорбционная ячейка снабжена многослойным фильтрующим материалом, между слоями которого находится сорбционный материал.

4. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что блок очистки снабжен реле потока.

5. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что блок очистки оснащен системой манометров.

6. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что блок очистки оснащен системой промывки.

7. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что сорбционный материал выполнен из карбонового волокна.

8. Блок очистки воды по п.1, отличающийся тем, что электрохимическая ячейка блока очистки оснащена нижней поддерживающей крышкой с радиально расположенными отверстиями для подвода воды.