Способ электрохимической обработки воды и устройство

Авторы патента:

C25B15/02 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

C02F1/467 - Обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод (разделение вообще B01D; специальные устройства на судах для обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод, например для получения питьевой воды B63J; добавление к воде веществ для предотвращения коррозии C23F; обработка жидкостей, загрязненных радиоактивными веществами G21F 9/04)

Владельцы патента RU 2500625:

Бражкин Владимир Сергеевич (RU)
Куприков Николай Петрович (RU)
Журавков Олег Анатольевич (RU)

Изобретение относится к способу электрохимической обработки воды дезинфектантами, который может быть использован для обработки питьевой воды, бытовых и промышленных сточных вод, воды плавательных бассейнов. Способ включает введение в обрабатываемую воду дезинфектантов, получаемых путем прямого электролиза в проточном режиме обрабатываемой воды, содержащей хлорид натрия, при этом используют воду, содержащую 0,1÷20 мг/л хлорида натрия. Также изобретение относится к устройству для электрохимической обработки воды дезинфектантами, которое содержит корпус с входными и выходными патрубками, изменяющие полярность титановые электроды, средство подвода тока к электродам, при этом изменение полярности происходит с паузой от нескольких секунд до нескольких часов, причем межэлектродное расстояние составляет менее 1 мм. Техническим результатом изобретения является возможность безреагентного управления свойствами воды с низким содержанием хлоридов, приводя к непосредственной дезинфекции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способам электрохимической обработки воды. Оно может быть использовано для обработки питьевой воды, бытовых и промышленных сточных вод, воды плавательных бассейнов.

Техническим результатом изобретения является возможность безреагентного (без добавления химических реагентов) управления свойствами воды с низким содержанием хлоридов 0,1÷20 мг/л, приводя к непосредственной дезинфекции.

Известен способ обработки воды гипохлоритом натрия, реализованный в RU 2100483 от 19.02.1996, в котором дезинфектант производится на месте потребления путем прямого электролиза подземной минерализованной воды с содержанием хлорида натрия от 1,5 до 15 г/л. Недостатком этого технического решения является невозможность применения воды с содержанием хлорида натрия менее 1,5 г/л.

Так же известен способ получения сверхчистой питьевой воды, включающий синтез озона из воздуха и пропускание его через слой обрабатываемой воды, реализованный в RU 2114790 от 17.04.1998, в котором регулируется плотность тока в электролизере в зависимости от концентрации веществ в воде и изменения полярности электродов. Он имеют один существенный недостаток: синтез озона из воздуха, что существенно уменьшает безопасность применения этого способа.

Известно устройство для электролиза, реализованное в RU 2139956 от 04.06.1997 в котором применяются титановые аноды и катоды с оксидно-рутениевым покрытием с реверсированием тока. Устройство резко ограничивает продолжительность ресурса электролизера так как смена полярности сокращает срок службы электродов.

Наиболее близким техническим решением является установка типа «Поток» производства завода «Коммунальник» для обеззараживания воды прямым электролизом, представленная в Пособии к СНиП 2.04.02-84. Недостатком Установки типа «Поток» является отсутствие возможности обеззараживания природных вод при содержании хлоридов менее 20 мг/л.

Также из BG 66016 B1 от 29.10.2009 известен способ проведения электролиза и устройство для его проведения, который предусматривает использование групп электродов ЕК1 - EKn, электрически соединенных с источником питания (1), каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну пару разноименно заряженных электродов, при этом, в процессе электролиза осуществляют коммутацию электрической цепи через блок коммутации (3), обеспечивающую поочередное подключение к источнику питания и отключение от него групп электродов. Согласно примеру осуществления известного способа частоту и продолжительность подключения источника питания к группам электродов определяет блок управления (5), который отслеживает мощность постоянного тока, подаваемого на группы электродов (стр.3, зона 30 - справа). Таким образом, в BG 66016 В1 используют принцип отключения электропитания и последующего включения для поддержания необходимой силы постоянного тока на группах электродов без изменения полярности.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание способа обработки воды и устройство для осуществления способа, в которых для дезинфекции воды можно было бы использовать воду с небольшим количеством хлоридов для удешевления технологии обработки воды при обеспечении экологической безопасности, а так же устранение образующихся отложений солей жесткости на электродах электролизных устройств при значительном увеличении ресурса работы электролизных устройств.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для получения дезинфектантов - гидроксильный радикал (ОН), атомарный кислород (О), кислород (O₂), озон (О₃), перекись водорода (H₂O₂), радикалы хлора (хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит-ион ClO^-) путем прямого электролиза в проточном режиме используют обрабатываемую воду, содержащую 0,1÷20 мг/л хлорида натрия. При этом межэлектродное расстояние составляет менее 1 мм. Причем между моментом отключения электропитания и моментом включения с противоположной полярностью присутствует пауза от нескольких секунд до нескольких часов.

Переполяризация применяется для удаления отложений солей жесткости на поверхности электродов. Пауза между периодами действия питания устройства, позволяет устранить отрицательное влияние переходных процессов на активное металлооксидное покрытие электродов и продлевает жизнь покрытия в режиме переполяризации в 3-5 раз.

Авторами было теоретически обнаружено и экспериментально подтверждено, что электролиз воды с небольшим количеством хлоридов (0,1÷20 мг/л) активирует не только растворенную в питьевой воде соль с получением радикалов хлора (хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит-ион ClO^-), но и кислородные связи в эффективную дезинфекцию. Процесс обеспечивает расщепление молекул воды (H₂O) на несколько мощных нетоксичных окислителей - свободных радикалов (O, O₂, O₃, ОН, H₂O₂), каждый из которых обладает гораздо большим окислительным потенциалом, чем хлор. Радикалы мощно укрепляют друг друга, и действуют одновременно в бактериологическом, физическом и органическом отношении.

На фиг.1 изображены результаты эксперимента по получению свободного хлора Cl₂ и кислорода O₂ путем прямого электролиза обрабатываемой воды в проточном режиме со скоростью 200 м³/ч устройством мощностью 6 кВт.

Из графика видно, что при прямом электролизе воды с содержанием хлоридов менее 20 мг/л происходит образование в основном кислорода O₂, а в воде с содержанием хлоридов более 20 мг/л преобладают реакции с образованием растворенного хлора Cl₂.

В таблице 1 приведены показатели анализов исходной и обработанной методом прямого электролиза воды в проточном режиме северо-западной части Краснодарского края.

Таблица 1
Показатели качества воды	Ед. изм.	Норматив	Исходная вода	Обработанная вода
Запах	20⁰	балл	2	3	0
60⁰	балл	2	3	0
Привкус	балл	2	3	0
Цветность	град	20	51,3	12
Мутность	мг/дм³	1,5	2,5	<1,0
Окисляемость перманганатная	мг О₂/дм³	5,0	7,2	0,54
Железо (общее)	мг/дм³	0,3	0,28	0,2
Аммоний-ион, аммиак	мг/дм³	1,5	2,35	0,01
Нитрат-ион	мг/дм³	45,0	0,604	0,5
Нитрит-ион	мг/дм³	3,0	0,016	0,003
Сероводород	мг/дм³	0,003	1,2	0
Сульфаты	мг/дм³	500,0	489	485,1
Хлориды	мг/дм³	350,0	17	6
Хлор остаточный свободный	мг/дм³	0,3-0,5	0	0,34
Хлор остаточный связванный	мг/дм	0,8-1,2	0	0,5
Кислород	мг/дм³	-	5	9

Как видно из таблицы, получаемые в процессе прямого электролиза, дезинфектанты не только уничтожают органику - споры, вирусы, бактерии и другие микроорганизмы, что гарантируется наличием остаточного хлора, обеспечивая при этом чистую, питьевого качества воду, но и оказывают влияние на содержание растворенного железа, аммиака и сероводорода.

В процессе прямого электролиза синтезируется ряд окислителей, при этом происходят следующие реакции:

Удаление железа

Двухвалентное железо окисляется электролизным кислородом до гидроксида трехвалентного железа.

4Fe²⁺+О₂+8OH^-+2H₂O→4Fe(ОН)₃

Удаление аммиака

Аммиак окисляется электролизным озоном до нитрата.

NH₃+4O₃→NO₃ ^-+4O₂+H₃O⁺

Удаление сероводорода

Сероводород окисляется электролизной перекисью водорода до коллоидной серы.

H₂S+H ₂ O ₂→S+2H₂O

В упрощенном виде процессы образования дезинфектантов из пресной воды заключаются в следующем.

При электролизе воды происходит выделение кислорода и озона:

2H ₂ O→O₂+4H⁺+4е^-; 3H₂O→О₃+6е^-+6H⁺

Растворяясь в воде, кислород может образовывать перекись водорода:

O₂+2H ₂ O+2е^-→H₂O₂+2OH^-

В воде даже с очень низким содержанием хлоридов может быть получен хлор:

2Cl^-→Cl₂+2е^-

При гидролизе хлора образуется хлорноватистая кислота (HClO) и гипохлорит-ион (ClO^-):

Cl₂+H₂O→HClO+HCl;

Сумму концентраций хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона обычно называют свободным хлором.

Приведенные реакции окисления лишь небольшая часть сложных процессов и реакций, происходящих при электролизе воды. Но в конечном результате все они приводят к уменьшению концентрации указанных веществ до норм ПДК и, как следствие, удалению цветности и мутности.

Прямой электролиз отличается от распространенных методов обеззараживания тем, что сочетает в себе их положительные эффекты и не содержит их отрицательных свойств: обладает последействием и не создает побочные продукты.

Кислород, как наиболее сильный окислитель, преобладает в реакциях обеззараживания, а свободный хлор играет вторичную роль, и «выполнив миссию» пролонгированного действия, опять превращается в хлориды.

Таким образом, дезинфектанты производятся из самой воды и, выполнив свою функцию, переходят в прежнее состояние, не внося в воду побочных продуктов.

Из уровня техники (см. Медриш Г.Л., Тейшева А.А., Басин Д.Л. Обеззараживание природных и сточных вод с использованием электролиза, Москва, Стройиздат, 1982, стр.10) известно, что для создания малогабаритных и высокопроизводительных установок наиболее целесообразно предусматривать минимально возможные межэлектродные расстояния. Для существующего уровня исполнения устройств в 1982 году это было 3-6 мм. Чем меньше величина межэлектродных зазоров в электролизере, тем более энергетически эффективен процесс электролиза. При современном существующем уровне высокотехнологического исполнения устройства межэлектродный зазор менее 1 мм может быть достигнут без опасности соприкосновения поверхностей электродов. Например, электролизеры производства ООО «НПФ «Невский кристалл» имеют межэлектродное расстояние 0,9 мм и успешно эксплуатируются во многих регионах России и странах СНГ.

На фиг.2 изображены результаты эксперимента по изучению ресурса покрытий электродов при работе с паузами и без паузы между периодами действия питания электролизера.

Резкое увеличение напряжения на электролизной ячейке свидетельствует о полном срабатывании активного покрытия и исчерпании ресурса электрода. Среди исследованных электродов самый короткий ресурс в шесть месяцев оказался у электродов, работающих без паузы. Электроды, работающие с паузой, продемонстрировали срок службы более 2 лет. При этом образования отложений солей жесткости на электродах устранялись при их переполюсовке, и зарастания межэлектродного пространства осадком не происходило за все время эксперимента.

Приведенный пример свидетельствует, что в случае применения предлагаемого технического решения удается произвести достаточное количество дезинфектантов из небольшого количества естественных минеральных солей, которые присутствуют в любом источнике пресной воды.

Из приведенного описания понятно, что предлагаемое изобретение может быть реализовано и в других конкретных формах без отступления от существа изобретения, определенного ее формулой.

1. Способ электрохимической обработки воды дезинфектантами, включающий введение в обрабатываемую воду дезинфектантов, получаемых путем прямого электролиза в проточном режиме обрабатываемой воды, содержащей хлорид натрия, отличающийся тем, что используют воду, содержащую 0,1÷20 мг/л хлорида натрия.

2. Способ электрохимической обработки воды по п.1, отличающийся тем, что в качестве дезинфектантов выступают гидроксильный радикал (OH), атомарный кислород (О), кислород (O₂), озон (O₃), перекись водорода (H₂O₂), радикалы хлора (хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит-ион ClO^-).

3. Устройство для электрохимической обработки воды дезинфектантами согласно способу по п.1, содержащее корпус с входными и выходными патрубками, изменяющие полярность титановые электроды, средство подвода тока к электродам, отличающееся тем, что изменение полярности происходит с паузой от нескольких секунд до нескольких часов, причем межэлектродное расстояние составляет менее 1 мм.

Изобретение относится к раствору противовирусной композиции и к способу его получения. Раствор противовирусной композиции содержит комплексное серебро, глицин, комплексно связанный с серебром, глицинат натрия и воду в определенных соотношениях.

Способ получения водорода // 2497748

Изобретение относится к области химии. Для получения водорода проводят реакцию паровой каталитической конверсии углеродсодержащей жидкости с получением продуктов реакции, содержащих водород.

Способ предварительной обработки углеродного носителя электрохимического катализатора // 2496919

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в качестве подготовительного этапа производства электрокатализаторов. Описан способ предварительной обработки углеродного носителя электрохимического катализатора, заключающийся в том, что обработку углеродного носителя электрохимического катализатора производят в вакуумной камере, снабженной источником потока атомных частиц и держателем углеродного порошка, выполненным с возможностью перемешивания порошка, порошок углеродного носителя перемешивают, а поверхность носителя бомбардируют пучком атомных частиц, при этом для размещения порошка углеродного носителя используют установленную в держателе пористую подложку с открытой пористостью, выполненную из инертного материала, пневматически связанную с устройством автономной подачи газа, помещают на подложку слои частиц углеродного носителя, через пористую подложку продувают инертный газ с образованием над подложкой псевдокипящего слоя частиц углеродного носителя, а бомбардировку поверхности частиц углеродного носителя производят с энергией ионов не менее 7,41 эВ/атом.

Электролизер высокого давления // 2496918

Изобретение относится к электролизеру (100), включающему корпус (115) высокого давления, имеющий обечайку и противоположные закрытые концы; пакет (101) электролизных ячеек внутри корпуса высокого давления, содержащий группу биполярных электролизных ячеек, собранных в пакет между первой концевой контактной пластиной (107a) и второй концевой контактной пластиной (108a), и приспособленный для работы под внутренним давлением; соединения для текучих сред для подвода электролита к пакету ячеек и для отвода продукта(ов) электролиза от пакета ячеек, и электрические соединения, включающие по меньшей мере анодное и катодное соединения.

Способ получения водорода из воды и устройство для его осуществления // 2496917

Изобретение относится к водородной энергетике. Способ получения водорода из воды включает обработку воды одновременно электрическим и магнитным полями для разложения молекул воды на кислород и водород посредством пары колебательных контуров, состоящих из водяного конденсатора с изолированными обкладками, на которые подают высоковольтное выпрямленное напряжение импульсной формы, индуктивностей и размещенных между пластинами конденсаторов и индуктивностями полостей для обрабатываемой воды, при этом воздействие на воду полями осуществляют в резонансном режиме по отношению к гидродинамическим колебаниям воды при направлении вектора напряженности магнитного поля перпендикулярно вектору напряженности электрического поля.

Способ получения диарилкарбоната // 2496765

Изобретение относится к способу получения диарилкарбоната в сочетании с электролизом образующихся содержащих хлорид щелочного металла отработанных водных растворов.

Способ модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе // 2495158

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано, например, при разработке и производстве катализаторов для электролизеров или топливных элементов с твердополимерным электролитом.

Способ электрохимического расщепления лигнина на алмазном электроде // 2495157

Изобретение относится к способу разложения лигнина, в котором водный раствор или суспензию лигнина электролизуют на алмазном электроде в кислых условиях и получаемые в качестве продуктов разложения лигнина производные гидроксибензальдегида и/или производные фенола непрерывно удаляют из электрохимической ячейки.

Способ получения перекиси водорода // 2494960

Изобретение предназначено для электрохимической технологии получения разбавленных щелочных растворов перекиси водорода и может быть использовано в сорбционных технологиях водоочистки и водоподготовки.

Сепаратор для хлор-щелочных электролизеров и способ его изготовления // 2493294

Группа изобретений относится к синтетической диафрагме для хлор-щелочных электролизеров с улучшенными параметрами энергопотребления и характеристиками разделения газов.

Способ обезвреживания морской балластной воды // 2500624

Изобретение может быть использовано в области обезвреживания морской балластной воды судов. Способ включает подачу озона в количестве, обеспечивающем концентрацию не более 2 мг озона на 1 литр обрабатываемой морской воды из озоносодержащей газовой смеси или из смеси озона с пресной водой в обезвреживаемую морскую балластную воду.

Способ сорбентной очистки сточных вод от ионов хрома(iii), железа(iii), меди(ii) и кадмия(ii) // 2500623

Изобретение относится к сорбционным технологиям очистки сточных вод от ионов металлов и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Способ включает использование сорбента, состоящего из смеси гидроксида и карбоната магния, обработку воды сорбентом путем их перемешивания с получением дисперсии и образованием в результате обработки продуктов в виде практически нерастворимых частиц гидроксидов хрома, железа и меди и растворимой соли магния.

Способ утилизации отходов серной кислоты // 2500614

Изобретение относится к области химии. Отходы серной кислоты при синтезе 2,2'-дихлордиэтилформаля производства полисульфидного полимера, содержащие примеси этиленхлоргидрина и параформальдегида, обрабатывают гидроксидом магния до получения среды с кислотностью рН=6,5-7,0, из которой декантацией отделяют примеси этиленхлоргидрина и параформальдегида с возможностью рециклирования их в синтезе 2,2'-дихлордиэтилформаля.

Дезинфицирующее средство для обеззараживания воды // 2499771

Изобретение относится к области санитарии и гигиены, в частности к обеззараживанию различных типов вод. Дезинфицирующее средство для обеззараживания воды включает соединение полигуанидина-фосфат поли-(4,9-диоксадодекангуанидина), или хлорид поли-(4,9-диоксадодекангуанидина), или, глюконат поли-(4,9-диоксадодекангуанидина), или цитрат поли-(4,9-диоксадодекангуанидина), или бензоат поли-(4,9-диоксадодекангуанидина, или цитрат полигексаметиленгуанидина или глюконат полигексаметиленгуанидина, или бензоат полигексаметиленгуанидина, или фосфат полигексаметиленгуанидина или хлорид, полигексаметиленгуанидина; гидроксиэтилцеллюлозу, гуанидин гидрохлорид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: соединение полигуанидина - 0,5-8,0; гидроксиэтилцеллюлоза - 0,1-2,0; гуанидин гидрохлорид - 0,001-0,02; вода - остальное.

Фильтр для очистки воды на основе активированного угля и способ его регенерации // 2499770

Изобретение относится к области сорбционной техники и может быть использовано для реактивации отработанных активных углей без их выемки с целью их дальнейшего применения в системах водоочистки.

Устройство для термодистилляционной очистки воды // 2499769

Устройство для термодистилляционной очистки воды может быть использовано для опреснения морской воды, очистки промышленных стоков с высоким содержанием солей жесткости, выпарки растворов до получения сухого остатка.

Синергетическая противомикробная композиция // 2499387

Изобретение относится к противомикробным композициям. Синергетическая противомикробная композиция содержит: (а) замещенное гидроксиметилом фосфорсодержащее соединение, которое выбрано из группы, включающей соли тетракис(гидроксиметил)фосфония и трис(гидроксиметил)фосфин; и (б) трис(гидроксиметил)нитрометан.

Магнитная жидкость на основе нефти и нефтепродуктов // 2499018

Изобретение относится к магнитной жидкости на основе нефти и нефтепродуктов, предназначенной для очистки водоемов от нефти. Магнитная жидкость на основе нефти получена смешением 24 г хлорной или сернокислой соли трехвалентного железа с 12 г хлорной или сернокислой соли двухвалентного железа, свободных от механических примесей.

Способ обезвоживания осадка сточных вод // 2498946

Изобретение относится к способам обезвоживания осадков бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано в процессе обработки стоков и обезвоживания осадка на биологических очистных сооружениях.

Установка для очистки воды // 2498945

Изобретение относится к технике водоподготовки и может быть использовано для озонирования питьевой воды систем централизованного водоснабжения. Устройство содержит трубопровод подвода воды с фильтром грубой очистки, трубопровод отвода воды, трубопровод подачи озона от генератора озона, соединенного с эжектором, средство для отвода отработанного озоносодержащего газа, отводящий промывной трубопровод, обводной трубопровод с обратным клапаном, гидрозатвор, насос, контактно-фильтровальную емкость с размещенным в ее нижней части насыпным фильтром, дренажную систему, датчик уровня, первое, второе, третье и четвертое запорные устройства, блок управления, соединенный с датчиком уровня и с цепями управления генератора озона, насоса, гидрозатвора и первого, второго, третьего и четвертого запорных устройств, причем трубопровод подачи озона от генератора озона соединен с эжектором, средство для отвода отработанного озоносодержащего газа выполнено в виде деструктора озона, установленного в верхней части контактно-фильтровальной емкости и соединенного с ним через воздухоотделительный клапан, отводящий промывной трубопровод соединен с отводом из верхней части контактно-фильтровальной емкости через гидрозатвор, третье запорное устройство установлено в трубопроводе подвода воды за фильтром грубой очистки и соединяет его с эжектором и обводящим трубопроводом с обратным клапаном, который через второе запорное устройство и насос соединен с выходом дренажной системы, а через установленное за вторым запорным устройством четвертое запорное устройство соединен с трубопроводом отвода воды, а первое запорное устройство, установленное в отводе от трубопровода подвода воды за фильтром грубой очистки, соединяет его с дренажной системой, насыпной фильтрующий элемент - катализатор, выполненный в виде гранулированного наноструктурированного сорбента на основе природного глауконита, терморасширенного графита без стороннего связующего, распыляющие устройства, установленные в верхней части контактно-фильтровальной емкости, которые соединены трубопроводом с запорным устройством и насосом, автоматически синхронно управляемым датчиком блока управления одновременно с генератором озона, причем форсунки распыляющего устройства расположены: одна в центре, остальные по концентричным кругам, лежащим в одной плоскости, количество которых определяется расчетным путем.

Способ разрушения аниона 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты в отходах производства // 2500629

Изобретение относится к способам обезвреживания токсичных отходов гальванического и радиоэлектронного производства и может быть использовано для обезвреживания отработанных растворов гальванических и химических покрытий металлами, содержащих анион 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, а также для нейтрализации отработанных растворов травления печатных плат, содержащих пероксодисульфат аммония. Способ заключается во взаимной нейтрализации двух видов жидких отходов производства в результате окисления пероксодисульфатом аниона 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты до нетоксичных химических веществ. Способ позволяет превратить в ортофосфат более 99% аниона 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, снизить материальные затраты на нейтрализацию токсичных отходов производства гальванических покрытий и печатных плат и расширить арсенал способов утилизации отработанных растворов травления печатных плат, содержащих пероксодисульфат аммония. 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 пр.