ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/461 

Изобретение относится к электрохимической очистке воды от солей жесткости и других вредных примесей, в частности к устройствам для изменения в нужном направлении ее величины активной реакции (pH).

Областью применения данного изобретения является техника очистки и дезинфекции природных вод для питьевого водоснабжения, химической, судостроительной, пищевой и фармацевтической промышленности. Все большим спросом пользуются подобные электролизеры для приготовления электроактивированной воды в домашних условиях. Большое значение электролизеры обработки воды имеют в котельных установках для водоумягчения и предупреждения накипи на стенках котлов; в хозяйствах для превращения жесткой подземной и речной воды в питьевую воду и для стирки белья; в медицинских учреждениях для получения бактерицидной кислотной воды для промывки ран; в сельском хозяйстве для поливки растений с целью ускорения процесса роста всходов; в пищевой промышленности для приготовления напитков.

Известно большое количество электролизеров воды, отличающихся по конструкции корпусов, электродов, полупроницаемых мембран, системам регулирования, преобразователям электрического тока и т.д.

Известны электролизеры с регулятором отношения скоростей потоков для получения ионизированной воды с заданным значением pH [1]
Во всех этих электролизерах использованы металлические электроды, не обеспечивающие необходимую длительность их работы из-за разрушения покрытий электродов.

Наиболее близким к предлагаемому является электролизер для обработки воды, содержащий корпус, электроды в водонепроницаемых тканевых чехлах, источник тока.

Недостатками его являются сложная система преобразования переменного тока в постоянный, повышающая стоимость аппарата и снижающая его экономичность из-за рассеяния электрической энергии в системе преобразования, а также низкий ресурс катода по причине износа поверхности в процессе механической очистки от "накипи", образующейся в процессе солеобразования.

Целью изобретения является повышение экономичности, эффективности работы электролизера и повышение ресурса катода.

Цель достигается тем, что к углерод-углеродному аноду присоединен диод для получения пульсирующего тока, оба электрода снабжены тканевыми чехлами для защиты поверхности от случайных повреждений и для предупреждения солеобразования на поверхности катода, а также для предупреждения попадания продуктов разложения анода и приготовляемую кислотную воду.

Наличие диода, соединенного с анодом, позволяет отказаться от системы преобразования электрического тока, что значительно упрощает и снижает стоимость аппарата, который может работать от сети переменного тока с напряжением 220 В.

В отличие от известных электролизеров в предлагаемом изобретении между электродами действует пульсирующее электромагнитное поле, под действием которого увеличивается эффективность обработки воды, так как кроме электрической активации вода подвержена активации магнитным полем.

На фиг. 1 приведена схема электролизера циклического действия, продольный разрез; на фиг. 2 схема электролизера непрерывного действия.

На фиг. 1 электролизер содержит корпус 1, анодную 2 и катодную 3 полупроницаемые камеры, анод 4, катод 5, диод 6. Стенки анодной камеры выполнены из плотной брезентовой ткани (типа "бельтинг") или, с целью повышения производительности (сокращения времени обработки воды), стенки анодной камеры выполнены двухслойными: внутренний слой выполнен из плотной брезентовой ткани, наружный из углеродной ткани. Снаружи электроды защищены тканевыми чехлами 7 и 8. Электроды (катод 5 и анод 4) представляют собой тонкие углеродные пластины, содержащие электропроводные волокна углерода, связанные между собой пиролитическим углеродом.

Устройство работает следующим образом.

На электроды от сети подают напряжение, электрический ток походит между плоскостями катода 5 и анода 4, с течением времени в катодной камере 3 в результате воздействия электрического и магнитного поля на воду происходит повышение pH католита и снижение pH анолита в анодной камере 2 до заданного уровня. Для получения щелочной воды в камере 3 с pH 8-10 и кислотной с pH 1-3 в камере 2 продолжительность процесса составляет 4-10 мин. Полученную активированную воду сливают в отдельные емкости для практического пользования.

Представленный на фиг. 2 электролизер дополнительно содержит вентили 9 и 10 с подводными патрубками и сливными патрубками 11 и 12 для отвода щелочной и кислотной воды. Регулируя расход воды вентилями 9 и 10, получают воду с различным значением pH.

Пример. Производилась обработка речной воды в аппарате циклического действия. Параметры обработки воды: плотность тока на электродах 15 А/м², напряжение электролиза 220 В. В качестве диафрагмы анодной и катодной камер использована ткань "бельтинг", анод выполнен из углеродной ткани УРАЛ-Т с пропиткой пиролитическим углеродом из природного газа при температуре 970^oC. В течение 6 мин обработки получена щелочная вода с pH 9,4, кислотная pH 2.

Образцы углерод-углеродных анодов и катодов обладают электропроводностью на уровне электропроводности металлов, плотность их составляет 1500 кг/м³, Что в 5,2 раза меньше плотности стальных. Удельная масса предлагаемых электродов благодаря волокнистой прочной структуре и тонкостенности электродов (до 1 мм) сокращается в 5-10 раз в сравнении с удельной массой действующих стальных и графитовых электродов.

Таким образом в предложенном электролизере по сравнению с прототипом упрощена конструкция путем замены системы преобразования тока одним или несколькими, соединенными параллельно, диодами и включенными в состав анода, что обеспечивает образование пульсирующего электромагнитного поля, эффективнее воздействующего на воду освобождает ее от солей жесткости и других вредных примесей, а также позволяет получать воду с заданным значением pH за более короткое время обработки и с меньшей затратой электроэнергии по сравнению с электролизерами, работающими на постоянном токе. Так, для получения воды с pH 9 расход энергии электролизера на пульсирующем токе на 9 10% меньше по сравнению с расходом энергии электролизера, работающим на постоянном токе. Другой особенностью предложенной конструкции электролизера является наличие тканевых чехлов на электродах, выполненных из натуральных тканей (вискозных, хлопковых, льняных.), предупреждающих случайное попадание на поверхность электродов твердых частиц, отложение солей на катоде и выход продуктов разложения анода в воду.

Изложенные особенности не встречаются в других известных конструкциях электролизеров, электродов, аппаратов для электоактивации и очистки воды. Анод и катод практически не поддаются электрокоррозии, что повышает срок службы установки и получение воды без следов железа, хрома и других тяжелых металлов и ядовитых компонентов.

Широкое применение электролизеров предложенной конструкции позволяет расширить экологически чистое производство, дезинфицировать и умягчать питьевую воду.

Особенно важной областью применения электролизеров предложенной конструкции являются индивидуальные хозяйства, расположенные вблизи природных источников воды с повышенной жесткостью. Водоумягчение такой воды в электролизере с применением экологически чистых углерод-углеродных электродов позволит повысить состояние здоровья.

Использование: изобретение относится к электрохимической очистке воды от солей жесткости и других вредных примесей, а также для изменения величины активной реакции (pH). Сущность: электролизер содержит корпус, снабженный полупроницаемой диафрагмой, выполненной в виде камеры с размещенным в ней анодом, катодом, при этом анод и катод выполнены из углерод-углеродного материала и размещены в водопроницаемых тканевых чехлах, анод соединен с источником тока через диод. Анод может быть соединен с источником тока через несколько параллельных включенных диодов, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электролизер для обработки воды, содержащий корпус с анодом и катодом, размещенными в водопроницаемых тканевых чехлах и соединенными с источником тока, отличающийся тем, что корпус снабжен полупроницаемой диафрагмой, выполненной в виде камеры с размещенным в нем анодом, анод и катод выполнены из композиционного углерод-углеродного волокнистого материала, анод соединен с источником тока через диод. 2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что анод соединен с источником тока через несколько параллельно включенных диодов.