Изобретение относится к сфере электрохимической обработки воды и водных растворов солей с целью изменения ее окислительных и восстановительных свойств.
Известно устройство для электрохимической обработки воды в проточном диафрагменном электролизере (патент Российской Федерации N 2038322). Это устройство содержит источник обрабатываемой воды, регуляторы расхода воды, установленные на линиях подачи воды в анодную и катодную камеры и на выходе из анодной камеры электролизера. Оно также содержит приспособление для дозирования реагента в обрабатываемую воду.
Недостатком указанного устройства является неполное использование дозируемого реагента, вызванное тем, что реагент с обрабатываемой водой поступает как в анодную, так и в катодную камеры. В результате, если нам необходимо получить воду с окислительными свойствами, то в устройстве полезно используется только та часть реагента, которая поступает в анодную камеру, а реагент, попавший с водой в катодную камеру, теряется. То же самое наблюдается при получении воды с восстановительными свойствами. Следствием этого является повышенный расход реагента, удорожающий электрохимическую обработку воды и делающий ее недостаточно эффективной.
Наиболее близким к заявляемому устройству является аппарат для электрохимической обработки воды (патент Великобритании N 2253860). Указанный аппарат представляет собой проточный диафрагменный электролизер, анодная и катодная камеры которого разделены полупроницаемой керамической диафрагмой. Обе камеры снабжены раздельными входными и выходными патрубками, причем одна из камер является рабочей, а вторая - вспомогательной. Рабочая камера подсоединена входным патрубком к трубопроводу обрабатываемой воды, а вспомогательная снабжена замкнутым циркуляционным контуром, образованным трубопроводами, соединяющими входной и выходной патрубки вспомогательной камеры с газоразделительной емкостью, установленной выше электролизера.
Известное устройство работает следующим образом.
Если необходимо получить воду с окислительными свойствами, например дезинфицирующий раствор, то в рабочую камеру, которой в этом случае является анодная камера, подают однократным протоком обрабатываемую низкоминерализованную воду, а во вспомогательную катодную камеру - высокоминерализованную воду, например концентрированный раствор хлорида натрия. В процессе электролиза высокоминерализованная вода циркулирует в катодном контуре, при этом хлорид-ионы из катодной камеры переносятся электрическим полем через диафрагму в анодную камеру, достигают поверхности анода, превращаются на нем в хлор, который, растворяясь в обрабатываемой воде, сообщает ей окислительные свойства.
Недостатком известного устройства является неполное использование реагента, например хлорида натрия, а также повышенный расход электроэнергии. Неполное использование реагента вызвано тем, что только незначительная часть хлорид-ионов, переносимых электрическим полем в анодную камеру, достигает поверхности анода и превращается в хлор, основная часть хлорид-ионов уносится потоком обрабатываемой воды из анодной камеры и бесполезно теряется. Повышенный расход электроэнергии в указанном устройстве является следствием подачи в рабочую камеру низкоминерализованной воды, имеющей относительно высокое омическое сопротивление.
Решаемой задачей заявляемого изобретения является получение воды с окислительными и восстановительными свойствами при максимально полном использовании химических реагентов и при минимальных затратах электрической энергии.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что заявляемое устройство для электрохимической обработки воды, содержащее по крайней мере один проточный диафрагменный электролизер с рабочей анодной и вспомогательной катодной камерами, снабженными отдельными входными и выходными патрубками, характеризуется тем, что анодная камера снабжена замкнутым циркуляционным контуром, соединяющим выходной и входной патрубки анодной камеры, последний, в свою очередь, связан трубопроводом подачи воды в анодную камеру с приспособлением для повышения давления воды, подаваемой в анодную камеру, а выходной патрубок анодной камеры соединен трубопроводом, снабженным регулятором давления, с газоразделительной емкостью, которая в верхней своей части соединена со смесителем газ-жидкость, а в нижней - со сливным трубопроводом. Кроме того, на трубопроводе подачи воды в анодную камеру может быть установлен фильтр.
Заявляемое устройство изображено на чертеже.
3аявляемое устройство состоит из анодной камеры 1, образованной анодом 2 и керамической полупроницаемой диафрагмой 3, и катодной камеры 4, образованной катодом 5 и дифрагмой 3. Оно также содержит входные 6 и 7, выходные 8 и 9 патрубки анодной и катодной камер соответственно. Входной патрубок 6 анодной камеры соединен трубопроводом 10 подачи воды (на чертеже - вода I) в анодную камеру с приспособлением 11 для повышения давления воды. Выходной патрубок 8 анодной камеры 1 соединен с входным патрубком 6 трубопроводом 12, образующим замкнутый циркуляционный контур анодной камеры. Кроме того, выходной патрубок 8 анодной камеры соединен трубопроводом 13, снабженным регулятором давления 14, с газоотделительной емкостью 15. Последняя трубопроводом 16 соединена со смесителем газ-жидкость 17, установленным на трубопроводе 18, служащем для подачи в смеситель 17 воды, которой сообщаются окислительные свойства (на чертеже - вода III). В нижней части газоотделительной емкости 15 имеется сливной трубопровод 19.
К входному патрубку 7 катодной камеры 4 подсоединен трубопровод 20 с запорным краном 21 для подачи в катодную камеру вспомогательной воды (на чертеже - вода II). Выходной патрубок 9 катодной камеры 4 соединен трубопроводом 22 с газоотделительной емкостью 23, которая связана с входным патрубком 7 трубопроводом 24, создающим замкнутый циркуляционный контур катодной камеры. Газоотделительная емкость 23 снабжена сливным трубопроводом 25 и выпускным отверстием 26 для выпуска электролизных газов в атмосферу. На трубопроводе 10 подачи воды в анодную камеру 1 может быть установлен фильтр 27.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
В анодную камеру 1 с помощью приспособления 11 под избыточным давлением подается высокоминерализованная вода (на чертеже - вода I), например насыщенный раствор хлорида натрия. Под действием этого давления вода из анодной камеры 1 проникает через керамическую диафрагму 3 в катодную камеру 4 и заполняет ее. После заполнения анодной и катодной камер водой I включается источник питания (на чертеже не обозначен), подсоединенный своими полюсами к аноду и катоду. После подачи электрического напряжения на анод и катод между ними протекает электрический ток. Под действием электрического тока на поверхности анода 2 хлорид-ионы превращаются в хлор, который частично растворяется в воде, а частично в виде пузырьков газа вместе с пузырьками кислорода, образовавшимися при электролизе воды, поднимается в верхнюю часть анодной камеры 1 и, увлекая за собой анолит, полученный при анодной обработке воды I, выходит через выходной патрубок 8 из анодной камеры 1. Далее основная часть анолита отделяется от газа и по трубопроводу 12 поступает к входному патрубку 6, через который возвращается в анодную камеру 1. Таким образом, большая часть анолита циркулирует по замкнутому контуру, образованному анодной камерой 1 и трубопроводом 12, соединяющим патрубки 8 и 6. Электролизные газы с меньшей частью анолита поступают по трубопроводу 13 через регулятор 14 давления (который поддерживает в анодной камере давление, необходимое для проникновения анолита через диафрагму в катодную камеру), в газоотделительную емкость 15. В емкости 15 электролизные газы отделяются от анолита и по трубопроводу 16 поступают в смеситель газ-жидкость 17 (в качестве которого может использоваться, например, водоструйный насос). Смеситель 17 установлен на трубопроводе 18, по которому в него поступает вода, например водопроводная (на чертеже - вода III), которой сообщаются окислительные свойства после растворения в ней электролизных газов, образовавшихся в анодной камере 1. Из газоотделительной емкости 15 уловленный анолит сливается по трубопроводу 19 и может возвращаться в анодную камеру 1 на повторную обработку для более полного использования оставшейся в нем соли. Возврат анолита из емкости 15 в анодную камеру 1 осуществляется с помощью приспособления 11 для повышения давления воды. В качестве такого приспособления может быть использован или насос, соединенный с емкостью для высокоминерализованной воды, или герметичная емкость с этой водой, в которой создается избыточное давление сжатым воздухом, или емкость с этой же водой, установленная на большей высоте относительно электролизера.
В катодной камере 4 на катоде 5 под действием электрического тока образуются пузырьки водорода. Католит, получающийся при обработке воды в катодной камере 4, насыщается гидроксильными ионами и приобретает восстановительные свойства. Пузырьки водорода, поднимаясь в верхнюю часть катодной камеры 4, выходят из нее через выходной патрубок 9, увлекая за собой католит, поступают по трубопроводу 21 в газоотделительную емкость 22. В емкости 22 водород отделяется от католита и выходит в атмосферу через выпускное отверстие 25. Католит из газоотделительной емкости 22 может быть возвращен по трубопроводу 23 через входной патрубок 7 в катодную камеру 4 для ее подпитки. Избыток католита сливается из газоотделительной емкости 22 по трубопроводу 24. Сливаемый католит представляет собой воду с восстановительными свойствами. В катодную камеру 4 через входной патрубок 7 по трубопроводу 20 подается вспомогательная вода (на чертеже - вода II). В качестве вспомогательной воды может использоваться либо кислотный раствор, предназначенный для удаления катодных отложений с поверхности катода 5, либо водопроводная вода, подаваемая в катодную камеру 4 для охлаждения электролизера в случае его чрезмерного разогрева.
Для очистки высокоминерализованной воды (на чертеже - вода I) от нерастворимых загрязнений используют фильтр 27.
В заявляемом устройстве достигается высокая степень использования растворенных в воде солей, например хлорида натрия, за счет того, что, во-первых, благодаря циркуляционному контуру анодной камеры, анолит подвергается многократной анодной обработке. Во-вторых, анолит, унесенный из анодной камеры электролизными газами, отделяется от них в газоотделительной емкости и возвращается в анодную камеру для повторной обработки.
Экономия электроэнергии в заявленном устройстве достигается за счет того, что анодная и катодная камеры заполнены высокоминерализованной водой, обладающей низким омическим сопротивлением. Заполнение катодной камеры высокоминерализованной водой через керамическую диафрагму из анодной камеры обеспечивается за счет приспособления для повышения давления воды, подаваемой в анодную камеру и регулятора давления, установленного на трубопроводе, соединяющем выходной патрубок анодной камеры с газоотделительной емкостью.
Установка фильтра на трубопроводе подачи воды в анодную камеру обеспечивает равномерность поступления высокоминерализованной воды из анодной камеры в катодную и улучшает заполнение последней.
В экспериментальных условиях сравнивалась работа заявляемого устройства и устройства-прототипа при получении дезинфицирующего раствора электролизом водного раствора хлорида натрия. При получении растворов, имеющих одинаковую дизенфицирующую активность, в заявляемом устройстве потребление хлорида натрия было в 7,5 раз ниже, чем в устройстве-прототипе. Потребление электрической энергии было в 2 раза ниже, чем в устройстве-прототипе.
Изобретение относится к устройству для электрохимической обработки воды, содержащему по крайней мере один проточный диафрагменный электролизер, содержащий рабочую анодную и вспомогательную катодную камеры, снабженные отдельными входными и выходными патрубками, при этом анодная камера снабжена замкнутым циркуляционным контуром, образованным трубопроводом, соединяющим выходной и входной патрубки анодной камеры, последний в свою очередь связан трубопроводом подачи воды в анодную камеру с приспособлением для повышения давления воды, подаваемой в анодную камеру, а выходной патрубок анодной камеры соединен трубопроводом, снабженным регулятором давления, с газоотделительной емкостью, которая в верхней своей части соединена со смесителем газ-жидкость, а в нижней - со сливным трубопроводом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
| GB 22538060 A (Kirk and Charashvili International Fine Arts Company Limited), 23.09.92, C 02 F 1/46. |
