Устройство электрохимической очистки воды

Устройство электрохимической очистки воды предназначено для очистки природных вод с целью последующего использования их в качестве питьевой воды. Данное изобретение относится к области химической технологии в сфере водоочистки. Устройство очистки воды включает в себя электрохимическую и сорбционную ячейки. Электрохимическая ячейка выполнена в виде двух цилиндрических коаксиально расположенных друг относительно друга электродов. Анод электрохимической ячейки выполняет также функцию корпуса и выполнен без отверстий. Поток воды проходит через 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 которым находится угольное сорбционное волокно. При прохождении потока воды через сорбционную ячейку осуществляется его фильтрация от механических примесей, активного хлора и хлорорганических соединений, железа, марганца, тяжелых металлов, сероводорода, запаха и цветности воды. Система электрохимической очистки воды может быть оснащена 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 электрохимической очистки воды, 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 сорбционную ячейку, установленную за электрохимической ячейкой. 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 недостатки, препятствующие достижению высоких качественных и количественных показателей очистки воды. Недостатками данного блока являются:

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

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

Известен также блок очистки воды с электрохимической ячейкой, имеющей 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. В данном блоке очистки воды 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).

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.

Наиболее близким аналогом является блок очистки воды состоящий из двух ячеек: электрохимической и сорбционной ячейки очистки воды.

Электрохимическая ячейка представлена в виде двух водонепроницаемый коаксиально расположенных цилиндрических электродов с отверстиями для продольного направления течения воды. Сорбционная ячейка изготовлена из чередующихся фильтрующих и сорбционных слоев.

Данный блок очистки воды может служить прототипом для заявляемой нами полезной модели. Однако такой блок характеризуется достаточно высокой материало- и трудоемкостью, ограничивающей технологическое масштабирование прототипа.

Причиной, препятствующей повышению качества эксплуатационных характеристик, является сложная операционная последовательность действий по смене отработанных электродов, характерных для данной модели блока очистки воды. 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 (патент РФ 107146. 2011. МПК С02F 1/46).

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в улучшении технологических показателей, а именно: в достижении значительно более низкой материало- и трудоемкости в промышленном изготовлении, а также в улучшении эксплуатационных характеристик при обслуживании заявляемого устройства очистки воды, что дает увеличение долговечности работы блока очистки воды и повышение качества очистки воды от нефтепродуктов, железа, тяжелых металлов, сероводорода и сульфидов, хлора, неприятного запаха и привкуса, болезнетворных микроорганизмов и бактерий (обеззараживания воды).

Предлагаемое устройство электрохимической очистки воды изображено схематично на прилагаемых чертежах.

На Фиг.1 представлено устройство электрохимической очисти воды, содержащее блок 1 в виде электрохимической ячейки, одновременно являющейся корпусом с коаксиально расположенными электродами, блок 2 с сорбционной ячейкой, снабженной многослойным фильтрующим материалом. На Фиг.1 используются следующие обозначения элементов: 3 - реле потока с манометром на входе блока очистки, 4 - источник постоянного тока, 5 - блок переполюсовки, 6 - устройство для отвода газа, 7 - манометр на выходе блока очистки, 8 - система промывки, 9 - кран для отвода загрязнений.

Работа блока осуществляется следующим образом

Поток неочищенной воды через реле потока 3 из напорного источника поступает в электрохимическую ячейку 1, детально изображенной на Фиг.2.

Фиг.2 иллюстрирует работу электрохимической ячейки 1 и назначение образующих ее элементов. Для максимальной наглядности Фиг.2 выполнена в общем виде (сверху) и в разрезе (снизу). Поток воды, иллюстрируемый стрелками, попадая в к 1 с электрохимическую ячейку 1, через патрубок с трубной резьбой 10, проходит вдоль поверхности электродов между анодом 11 и катодом 12. Следует отметить, что прямолинейные стрелки, иллюстрирующие поток воды между анодом 11 и катодом 12, используются для того, чтобы показать общее направление движения потока от входа воды в ячейку до ее выхода. Внутри электрохимической ячейки 1 поток четыре раза меняет направление своего течения благодаря использованию оригинальной системы перегородок внутри электрохимической ячейки 1. 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 13, обеспечивает глубокое окисление железа, марганца, тяжелых металлов, сероводорода, органических примесей: обеззараживание воды. При этом левая и правая поддерживающая крышка 14 фиксируется за счет двустороннего резьбового стягивания ячейки без применения сварочных средств. Постоянный ток подается в электрохимическую ячейку 1 посредством тоководов 15.

Поток очищаемой воды после прохождения электрохимической ячейки 1 через соединительные патрубки поступает в блок 2 с сорбционной ячейкой (Фиг.1).

На Фиг.3 представлено детальное изображение сорбционной ячейки, для максимальной наглядности Фиг.3 выполнена в общем виде (справа) и в разрезе (слева). Сорбционная ячейка оснащена многослойным фильтрующим материалом 16, между слоями которого находится сорбционный материал 17 (Фиг.3).

Поток воды, иллюстрируемый стрелками, направлен перпендикулярно слоям фильтрующего 16 и сорбционного 17 материала, закрепленным на отводящем патрубке сорбционной ячейки, представленном на Фиг.3 элементом 18. Патрубок 18 закреплен верхней и нижней крышками 19 сорбционной ячейки 2 и заглушкой 20. Благодаря 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 3 (Фиг.1), отвечающего за включение источника постоянного тока 4 только во время водоразбора, не происходит холостого расхода электричества, что повышает энергоэффективность работы предлагаемого блока очистки воды. Блок переполюсовки 5 препятствует отложению солей жесткости на рабочей поверхности электродов, благодаря циклическому реверсу полярности постоянного тока, подаваемого на тоководы 15 (Фиг.2). Образующиеся газы в процессе электролиза отводятся автоматически устройством для отвода газа 6. Система манометров на реле потока 3 и сорбционной ячейке 7 или показания силы тока источника питания постоянного тока 4 служит для сигнализации необходимости промывки блока очистки, которую осуществляет с заданной периодичностью система промывки 8 электрохимической 1 и сорбционной 2 очистки обратным током через кран для отвода загрязнений 9.

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 позволяет существенно упростить конструкцию устройства электрохимической очистки воды, а также обеспечивает повышение качества очистки воды, позволяя 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. Устройство очистки воды, содержащее электрохимическую ячейку, в которой установлены патрубки для подвода и отвода воды и отстоящие друг от друга электроды, имеющие форму полых цилиндров из нерастворимого в воде материала, сорбционную ячейку, отличающееся тем, что электроды имеют систему перегородок и внешний электрод выполняет функцию корпуса электрохимической ячейки.

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

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

4. Устройство очистки воды по п.1, отличающееся тем, что устройство очистки воды снабжено реле потока.

5. Устройство очистки воды по п.1, отличающееся тем, что устройство очистки воды оснащено системой манометров.

6. Устройство очистки воды по п.1, отличающееся тем, что устройство очистки воды оснащено системой промывки.

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