СПОСОБ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/463 

Изобретение относится к физико-химическим и электрохимическим способам и устройствам очистки воды.

Известно, что при электрокоагуляции в постоянном поле образуются жидкие кристаллы, активно поглощающие и растворяющие многие вещества даже другой молекулярной структуры из газовой или жидкой фазы, причем жидкие кристаллы могут существовать при определенном полевом воздействии и только в определенном интервале температур, переходя либо в твердое, либо в изотропно-жидкое состояние вне этого интервала (Белиловский В.Д. Эти удивительные жидкие кристаллы. - М.: Просвещение, 1987, 112 с.); происходят обеззараживание воды и пассивация электродов (Кульский Л. А. Серебряная вода.- Киев: Наукова думка, 1987, 136 с.).

Известен принятый за прототип способ электрохимической очистки воды [1], включающий последовательную обработку в катодной и анодной камерах диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов при подаче на них переменного асимметричного напряжения с соотношением катодной и анодной составляющих (8-10): 1 и фильтрацию перед обработкой в анодной камере.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками первого изобретения, являются обработка очищаемой воды в электролизе с использованием электродов при подаче на них напряжения.

Причинами, препятствующими достижению технического результата высокой степени очистки воды электрокоагуляцией, являются отсутствие в прототипе условий и возможностей для применения пульсирующих и температурных полей, в которых происходит очистка.

В основу первого изобретения поставлена задача усовершенствования способа физико-химической очистки воды, в котором за счет проведения электрокоагуляции в объеме с использованием электродов при нагревании очищаемой воды проходящим током, не доводящим ее до кипения, и при полевом воздействии на очищаемую воду при особых условиях обеспечиваются технический результат и следующие потребительские свойства: обеззараживания и качественная очистка воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе физико-химической очистки воды, включающем обработку очищаемой воды в объеме с использованием электродов при подаче на них напряжения, согласно изобретению очистку производят в пульсирующем импульсном электрическом поле при тепловом действии тока, не превышающем 95^oC, отстаиванием обработанной воды в течение 20 - 28 ч, разделением осадка и очищенной воды с последующим кипячением и фильтрованием.

Эта совокупность отличительных признаков является достаточной во всех случаях.

Все перечисленные признаки, изложенные в формуле первого изобретения, существенны, влияют на технический результат, позволяют его достичь, то есть находятся с ним в причинно-следственной связи.

При отсутствии этих признаков технический результат не может быть достигнут.

Известен принятый за прототип электрокоагулятор для очистки воды [2], содержащий корпус, разделенный диафрагмой на анодное и катодное пространства, нерастворимый катод и анод, выполненный из пакета растворимой стружки и нерастворимой пластины, патрубки подачи и вывода воды, при этом диафрагма установлена под углом к вертикальной оси, патрубок подачи воды установлен в месте соприкосновения диафрагмы и анода.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками второго изобретения, являются наличие электродов, располагаемых внутри корпуса, к которому подсоединен патрубок вывода воды.

Причинами, препятствующими достижению технического результата - высокой степени очистки воды электрокоагуляцией, являются отсутствие в прототипе возможностей создания температурных и волновых полей, в которых происходит очистка.

В основу второго изобретения поставлена задача создания устройства для очистки воды, в котором за счет расположения рабочих пространств, за счет осуществления возможности подать на электроды пульсирующее импульсное напряжение обеспечиваются технический результат и потребительские свойства, связанные с техническим результатом: возможность осуществить высокую степень очистки воды при относительно небольших энергозатратах и затратах времени.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для очистки воды, включающем электроды, располагаемые внутри корпуса, к которому подсоединен патрубок ввода воды, согласно изобретению содержатся не меньше двух пар электродов, расположенных по окружности с чередующейся полярностью, закрепленных на подвеске крышки и соединенных с импульсным преобразователем с возможностью подачи от него пульсирующего импульсного напряжения.

Между совокупностью существенных признаков второго изобретения и достигаемым результатом существует следующая причинно-следственная связь: наличие всех вышеперечисленных признаков позволит достичь технического результата. При отсутствии этих признаков технический результат не может быть достигнут.

Способ осуществляется следующим образом. В корпус (желательно стеклянный) устройства для очистки воды наливается очищаемая вода; туда же на подвеске помещают электроды и включают устройство в сеть. С помощью импульсного преобразователя устройства между электродами создается пульсирующее импульсное электрическое поле. Очистку производят при постоянном по величине напряжении на электродах, которое вызывает прохождение тока через очищаемую воду, который в свою очередь вызывает ее нагрев. Продолжительность очистки и величина тока зависят от степени загрязненности и начальной температуры очищаемой воды. В любом случае очистка должна быть прекращена при температуре очищаемой воды, не превышающей 95^oC. После окончания очистки устройство отключается от сети, электроды извлекаются из корпуса, содержимое которого отстаивается в течение 20 - 28 ч, после чего через патрубок вывода отстоявшаяся вода сливается в емкость для хранения и из корпуса удаляется осадок. Перед употреблением сливают обработанную воду из емкости для хранения, кипятят и фильтруют.

Пример осуществления способа.

Производили очистку 3 л питьевой водопроводной воды. Начальные параметры: напряжение на электродах - 36 B, ток - 0,75 A, температура воды - 9^oC. Динамика изменения их во времени представлена в табл. 1.

После 30-минутного процесса очистки появился в большом количестве осадок, связанный с интенсивной окислительно-восстановительной реакцией на электродах. Был сделан вывод о возможности прекращения очистки при этой продолжительности. Продолжительности очистки в 30 мин соответствуют ток 1,30 A и температура 41^oC (см. табл. 1). При одинаковом по величине напряжении на электродах ток, температура, продолжительность очистки зависят от степени загрязненности воды и в каждом конкретном случае будут разными.

После отстаивания воды в течение суток она была слита через патрубок вывода, который расположен таким образом, что 0,1-0,3 части очищенной воды вместе с осадком остаются в корпусе. Кипячением в течение 5 мин и последующей фильтрацией получили готовую к употреблению воду.

Результаты анализов полученной в этих условиях питьевой воды приведены в табл. 2 и 3. В табл. 2 и 3 в качестве показателей питьевой водопроводной воды приняты нормативы ГОСТ 2874-82, приведенные в графах 2, а результаты анализов воды, очищенной по предлагаемому способу, - в графах 3.

Анализ табл. 2 и 3 показывает, что по всем проверенным показателям обработанная по предлагаемому способу питьевая вода намного лучше соответствующих нормативов стандарта. Никаких вредных примесей в процессе обработки в питьевую воду не вносится.

Продолжительность очистки питьевой водопроводной воды можно установить экспериментально путем нескольких проб по наличию в отстоянной воде осадка черного цвета: при его появлении необходимо уменьшить продолжительность очистки до его отсутствия.

На фиг. 1 и 2 представлены в разрезах корпус 1 с патрубком вывода воды 2, корпус закрыт крышкой 3, на подвеске 4 которой закреплены электроды 5, изготовленные из пищевой нержавеющей стали 0,8X18H10T ГОСТ 5949-75 и соединенные с импульсным преобразователем 6, включающим, например, тиристор и формирователь управляющего им напряжения, состоящий из резисторов, конденсаторов и диода (на чертеже не указаны).

Устройство работает следующим образом. В корпус 1 при снятой крышке 3 наливается очищаемая вода, опускаются электроды 5 на подвеске 4 до закрытия крышки 3. Импульсный преобразователь 6 подключается к сети 220 B. Наличие пульсирующего импульсного напряжения делит электроды 5 на анод и катод.

Под действием пульсирующего импульсного электрического поля молекулы воды и находящиеся в ней молекулы других веществ, имеющие собственные или наведенные полем дипольные моменты, занимают по отношению к нему ориентированное положение, а ионы приходят в движение, причем траектория их движения зависит от ориентации молекул. Отклонение ориентации молекул от заданной электрическим полем вследствие их участия в тепловом движении приводит к образованию групп положительных и отрицательных ионов. Смещаясь в общем направлении, перпендикулярном действию электрического поля, и перенося с собой окружающие молекулы, эти группы ионов образуют конвективные вихри в электродных пространствах. Эти вихри могут поддерживаться сколько угодно долго, если прибывшие к электродам ионы будут разряжаться, а на их месте будут появляться новые. Из-за наличия градиента температуры вдоль электродов 5, смещения ионов под действием электрического поля, наличия газовых молекул в вихрях последние плавно перемещаются вдоль электродов к поверхности воды, образуя гидродинамические потоки, которые обусловливают подвод воды в электродные пространства (фиг. 1).

В этих условиях при наличии интенсивного перемешивания, пульсирующего импульсного поля и нагревания воды проходящим током в объеме очищаемой воды формируются мицеллы, структуры которых будут зависеть от их концентрации. Значительная часть этих мицелл гидродинамическими потоками выносится на поверхность и в приповерхностные слои воды, где при определенной концентрации и под воздействием температуры окружающей среды образовавшиеся структуры переходят в твердое состояние. По мере остывания воды после выключения устройства и в процессе ее отстаивания в течение 20 - 28 ч твердые частицы осаждаются на дно корпуса 1.

Способ физико-химической очистки воды включает обработку очищаемой воды с использованием электродов при подаче на них напряжения, при этом очистку производят в объеме пульсирующим импульсным электрическим полем при тепловом действии тока, не превышающем 95^oС, отстаиванием обработанной воды в течение 20-28 ч, разделением очищенной воды и осадка с последующим кипячением и фильтрованием. Устройство для очистки воды включает электроды, располагаемые внутри корпуса, к которому подсоединен патрубок вывода воды, при этом оно содержит подвеску не меньше двух пар электродов, расположенных по окружности с чередующейся полярностью, закрепленных на подвеске и соединенных с импульсным преобразователем с возможностью подачи от него пульсирующего импульсного напряжения. 2 с.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

1. Способ физико-химической очистки воды, включающий обработку очищаемой воды с использованием электродов при подаче на них напряжения, отличающийся тем, что очистку производят в объеме пульсирующим импульсным электрическим полем при тепловом действии тока, не превышающем 95^oC, отстаиванием обработанной воды в течение 20 - 28 ч, разделением очищенной воды и осадка с последующим кипячением и фильтрованием. 2. Устройство для очистки воды, включающее электроды, располагаемые внутри корпуса, к которому подсоединен патрубок вывода воды, отличающееся тем, что оно содержит подвеску не меньше двух пар электродов, расположенных по окружности с чередующейся полярностью, закрепленных на подвеске и соединенных с импульсным преобразователем с возможностью подачи от него пульсирующего импульсного напряжения.