УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК A61L2/18 A61L2/02 C02F1/46 

Настоящее изобретение относится к электрохимической технологии обработки жидкой среды и касается установки для электрохимической обработки жидкой среды с целью получения стерилизующего, дезинфицирующего, обеззараживающего, отбеливающего, моющедезинфицирующего или лекарственного раствора, например, антибактериального и противовирусного действия, а также с целью ее обеззараживания и очистки от легкоокисляемых органических веществ и примесей, тяжелых металлов и железа, изменения водородного показателя (pH) и редокс-потенциала.

Область применения предложенной установки - учреждения здравоохранения, пищевая, химическая и другие отрасли промышленности, обеззараживание и очистка воды для питьевых целей, воды в плавательном бассейне, жидких технологических сбросов или сточных вод.

Электрохимическая обработка (электролиз) жидкой среды является одним из широко распространенных и практически реализуемых способов. В процессе электрохимической обработки через жидкую среду пропускают постоянный электрический ток, подводимый к расположенным в жидкой среде монополярным электродам: к аноду - положительной полярности и к катоду - отрицательной полярности. Под воздействием тока в обрабатываемой жидкой среде протекают электрохимические реакции, в результате которых образуются продукты электролиза: в аноднообработанной жидкой среде - анодные продукты, в катоднообработанной - катодные продукты. Чтобы а процессе электрохимической обработки жидкой среды анодные и катодные продукты не смешивались с протеканием взаимных химических реакций, в межэлектродном пространстве размещают полупроницаемую перегородку в виде диафрагмы или мембраны. Электрохимическая обработка жидкой среды в разделенных диафрагмой или мембраной межэлектродных зонах, образующих анодную и катодную изолированные камеры, называется униполярной: в анодной камере жидкая среда подвергается анодной обработке, в катодной камере - катодной обработке. Когда аноднообработанную жидкую среду смешивают с катоднообработанной жидкой средой, получают электрохимически обработанную жидкую среду со смешанными анодными и катодными продуктами электролиза.

В прикладной электрохимии известна установка для электрохимической обработки жидкой среды, например водного раствора поваренной соли (раствора натрия хлорида), содержащая проточную электролизную ячейку с монополярными электродами положительной и отрицательной полярности, которые подключены к источнику постоянного электрического тока и расположены по обеим сторонам от полупроницаемой диафрагмы, разделяющей ячейку на анодную и катодную камеры с подсоединенными к их патрубкам трубопроводными линиями для подвода и отвода жидкой среды, причем на подводящей линии расположена проточная водоструйная эжекторная камера, в которой поток воды смешивается с концентрированным водно-солевым раствором с учетом его разведения до требуемой концентрации (В. М. Бахир. Очистка питьевой воды. Синтез моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов из воды. Выпуск пятый, Москва, 1992, с. 13-21).

С помощью этого устройства в растворе натрия хлорида получают анодные продукты электролиза в виде активного хлора или катодные продукты электролиза в виде гидроксида натрия - слабокислый хлорсодержащий анолит, употребляемый в качестве стерилизующего или дезинфицирующего средства, и щелочесодержащий католит, употребляемый в качестве моющего средства. Это устройство не позволяет получать электрохимически обработанные растворы разного состава и pH со стабильной концентрацией смешанных анодных и катодных продуктов электролиза, а также проводить электрохимическую обработку воды для питьевых целей с ее обеззараживанием и очисткой от соединений активного хлора, железа, тяжелых металлов и легкоокисляемых органических веществ.

Известна также установка для электрохимической обработки воды с целью ее обеззараживания и очистки от токсичных органических и химических веществ, содержащая диафрагменную электрохимическую (электролизную) ячейку с коаксиально расположенными по вертикали цилиндрическим и стержневым монополярными электродами - анодом и катодом, которые подключены к выходным клеммам источника питания; установка также имеет подводящую трубопроводную линию для подачи обрабатываемой воды в анодную камеру, переточную трубопроводную линию с проточным каталитическим реактором разложения активного хлора, по которой вода подается из анодной камеры электрохимической ячейки в ее катодную камеру, и выходную трубопроводную линию для подачи обработанной воды из катодной камеры к месту отбора (Установка для очистки воды "ИЗУМРУД". Паспорт. СП "ЭМЕРАЛЬД", Москва).

Анализ принципа действия этой установки и опыт ее эксплуатации в качестве бытового водоочистителя показали, что она обеззараживает низкоминерализованную питьевую воду с условно-болезнетворными или болезнетворными бактериями, микроорганизмами и вирусами нестабильно, а контактирующие с бактериально загрязненной водой трубопроводные линии обсеменяются. Поэтому их необходимо дезинфицировать, чтобы не допускать дополнительного бактериального загрязнения очищаемой питьевой воды. Дезинфекцию установки проводят с использованием специальных химических средств, например, 0,25% раствором гипохлорита натрия. Установка, кроме того, недостаточно эффективно очищает воду от железосодержащих химических соединений и тяжелых металлов, а в вышеописанном конструктивном исполнении не может быть использована для электрохимической обработки других жидких сред с получением стерилизующего, дезинфицирующего или моющего раствора.

Наиболее близким прототипом предложенной установки для электрохимической обработки жидкой среды является установка для электрохимической обработки воды, содержащая, по крайней мере, одну проточную диафрагменную электролизную ячейку с коаксиально расположенными по вертикали цилиндрическим и стержневым мнополярными электродами, которые подключены к источнику постоянного электрического тока и установлены с обеих сторон от полупроницаемой цилиндрической диафрагмы, разделяющей ячейку на анодную и катодную электродные камеры с подводящей линией обрабатываемой воды, а также анодной и катодной отводящими линиями обработанной воды, причем анодная отводящая линия соединена с расширительной емкостью, а последняя соединена с проточным каталитическим реактором разложения активного хлора, из которого обесхлоренная аноднообработанная вода подается по выходной линии к месту отбора (WO 93/20014).

Эта установка с торговым наименованием "ИЗУМРУД С" для очистки питьевой воды недостаточно эффективно, качественно или стабильно обеззараживает и очищает низкоминерализованную воду для питьевых целей (с общим солесодержанием до 1 г/л и концентрацией хлоридов до 50 мг/л) от бактериальной микрофлоры, токсичных органических, химических веществ или соединений (тяжелые металлы, железо), а также снижает pH и повышает редокс-потенциал обрабатываемой воды, что не всегда допустимо, например, при исходной величине ее водородного показателя (pH) 6-7.

В процессе эксплуатации этой установки для обеззараживания воды с условно-болезнетворными бактериями возникает необходимость дезинфекции ее выходной трубопроводной линии и других составных элементов установки, которую приходится проводить с использованием промышленно выпускаемых химических средств.

Это усложняет эксплуатацию установки с одновременным увеличением эксплуатационных расходов, однако, периодически проводимая дезинфекция не гарантирует качественное обеззараживание бактериально обсемененной воды для питьевых целей, поскольку процесс электрохимической обработки циркулирующего потока воды происходит только после заполнения анодной и катодной электродных камер электролизной ячейки, а они вследствие разного гидравлического сопротивления подводящих трубопроводов (на линии подачи воды в катодную камеру расположен дроссель) в начальный период работы установки заполняются в течение разного временного интервала: анодная камера заполняется быстрее катодной камеры.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является совершенствование конструкции, расширение функциональных возможностей и области применения установки для электрохимической обработки жидкой среды с учетом обеззараживания и/или очистки низкоминерализованного водно-солевого раствора, например воды, а также получения стерилизующего, дезинфицирующего, обеззараживающего, отбеливающего, моющедезинфицирующего или лекарственного раствора, например, антибактериального и противовирусного действия.

Для достижения вышеуказанного технического результата предложена установка для электрохимической обработки жидкой среды, выполненная в соответствии с рассмотренными ниже вариантами исполнения.

Установка первого варианта исполнения, содержащая, по крайней мере, одну проточную электролизную ячейку с монополярными электродами положительной и отрицательной полярности, которые подключены к источнику постоянного электрического тока и расположены по обеим сторонам от элемента, разделяющего ячейку на анодную и катодную электродные камеры с подсоединенными к их патрубкам трубопроводными линиями, включающими подводящую линию обрабатываемой жидкой среды, катодную отводящую линию со сливным концом для отвода жидкой среды из катодной камеры, анодную отводящую линию для отвода жидкой среды из анодной камеры в каталитический реактор разложения активного хлора, подсоединенную к реактору выходную линию со сливным концом для отвода жидкой среды к месту отбора, согласно изобретению также снабжена обводной линией, дополнительной выходной линией со сливным концом, а также переключателем потока, к которому подсоединен выходной конец анодной отводящей линии, входной патрубок каталитического реактора и входной конец дополнительной выходной линии, при этом обводная линия подсоединена к выходному патрубку анодной камеры или к ее отводящей линии, или к переключателю потока, а ее выходной конец соединен с выходной линией и с выходным патрубком каталитического реактора.

Установка наряду с вышеуказанными трубопроводными линиями также снабжена соединительной линией, посредством которой катодная отводящая линия соединена с анодной отводящей линией.

Ее другие дополнительные отличительные признаки состоят в том, что на обводной линии расположен ограничитель расхода и/или нормально закрытый перепускной клапан или регулятор расхода; на выходном конце катодной отводящей линии и/или на соединительной линии расположены регуляторы расхода, а переключатель потока имеет ручной или электромагнитный привод и выполнен с переключаемым элементом вращательного или возвратно-поступательного движения с проходными каналами для циркуляции жидкой среды, при рабочих положениях которых подсоединенные к переключателю линии сообщаются между собой и/или с каталитическим реактором.

Установка, кроме того, содержит проточную расширительную емкость, установленную на конечном участке анодной отводящей линии перед переключателем потока, и может быть снабжена, по крайней мере, одним очистительным фильтром, установленным на анодной отводящей линии или на выходной линии и/или на соединительной линии.

Расширительная емкость уменьшает скорость циркуляции потока обработанной жидкой среды в процессе ее подачи из анодной или катодной камеры электролизной ячейки в очистительный фильтр или в обесхлоривающий каталитический реактор, а фильтр с пористым фильтрующим элементом очищает электрохимически обработанную жидкую среду от механических примесей и выпавших в осадок оксидов железа или гидроксидов щелочноземельных и тяжелых металлов.

Установка также снабжена водоструйным насосным дозирующим устройством, имеющим, по крайней мере, одну проточную эжекторную камеру, установленную на подводящей линии и/или на отходящей от нее дополнительной подводящей ветви, посредством которой обрабатываемая жидкая среда подается из подводящей линии в катодную камеру, причем эжекторная камера имеет, по крайней мере, один всасывающий патрубок, к которому подсоединена вспомогательная линия с регулятором расхода и/или фильтром, а ее выходной конец соединен с анодной или с катодной отводящей линией, или расположен в емкости для реагентного раствора, или сообщается с атмосферой.

Дозированная подача в эжекторную камеру реагентного раствора, например натрия хлорида, смешиваемого с потоком обрабатываемой жидкой среды, повышает ее электропроводимость, что позволяет снизить удельный расход количества электричества и потребляемой электроэнергии на проведение электрохимической обработки жидкой среды, а вводимые в нее хлориды или бромиды являются исходным материалом для получения целевых продуктов электролиза, например кислородных соединений активного хлора или активного брома.

Дозированная подача в эжекторную камеру рециркулирующего потока жидкой среды, обработанной в анодной или в катодной камере, смешиваемого с потоком обрабатываемой жидкой среды, позволяет снизить затраты на ее электрохимическую обработку в связи с уменьшением или исключением расхода жидкой среды, сливаемой из установки в канализацию, а также позволяет увеличивать (регулировать) водородный показатель (pH) и уменьшать редокс-потенциал электрохимически обработанной жидкой среды с полученными целевыми продуктами электролиза: целенаправленное регулирование рH и редокс-потенциала жидкой среды является одним из актуальных направлений практической электрохимии.

Дозированная подача в эжекторную камеру мелкодисперсного потока атмосферного воздуха, смешиваемого с потоком обрабатываемой жидкой среды, позволяет повысить выход по току целевых продуктов электролиза и/или интенсифицировать процесс ее электрохимической обработки за счет улучшения перемешивания обрабатываемого потока жидкой среды в процессе ее циркуляции через электродные камеры проточной электролизной ячейки, а также повысить эффективность ее очистки и/или уменьшить интенсивность отложений гидроксидов щелочноземельных металлов на поверхности катода и обращенной к нему поверхности элемента, который разделяет анодную и катодную камеры: повышение выхода по току продуктов электролиза и/или снижение интенсивности образования катодных отложений в процессе электрохимической обработки жидкой среды является важным условием стабильной работы электрохимической установки.

Установка также может быть снабжена устройством для измерения и контроля pH и/или редокс-потенциала циркулирующего потока обработанной жидкой среды, причем его электроды установлены в проточной расширительной емкости или в проточной ячейке, расположенной на конечном участке анодной отводящей линии перед переключателем потока.

Анодная камера электролизной ячейки может иметь три патрубка, к которым подсоединена подводящая линия, анодная отводящая линия, обводная линия, а диафрагменная или мембранная электролизная ячейка плоской или цилиндрической формы может иметь вертикальное или горизонтальное, или наклонное рабочее положение.

Выбор формы и оптимального рабочего положения электролизной ячейки обусловлен ее производительностью, плотностью анодного и катодного тока, который подводится к ее электродам, а также потребляемой мощностью. Согласно специальной электрохимической литературе и практическому опыту диафрагменная ячейка плоской формы характеризуется более простой и экономичной конструкцией, а также более высокой надежностью в эксплуатации по сравнению с электролизной ячейкой аналогичной производительности с электродами и диафрагмой цилиндрической формы.

Установка для электрохимической обработки жидкой среды, выполненная в соответствии со вторым вариантом исполнения и содержащая, по крайней мере, одну проточную электролизную ячейку с монополярными электродами положительной и отрицательной полярности, которые подключены к источнику постоянного электрического тока и расположены по обеим сторонам от элемента, разделяющего ячейку на анодную и катодную электродные камеры с подсоединенными к их патрубкам трубопроводными линиями, включающими подводящую линию обрабатываемой жидкой среды, катодную отводящую линию со сливным концом для отвода жидкой среды из катодной камеры, анодную отводящую линию для отвода жидкой среды из анодной камеры в каталитический реактор разложения активного хлора, подсоединенную к реактору выходную линию со сливным концом для отвода жидкой среды к месту отбора, согласно изобретению также снабжена обводной линией, переточной линией для подачи жидкой среды из анодной или катодной камеры или из ее отводящей линии в другую электродную камеру, дополнительной выходной линией со сливным концом, а также переключателем потока, к которому подсоединен выходной конец анодной отводящей линии, входной патрубок каталитического реактора и входной конец дополнительной выходной линии, причем подводящая линия подсоединена к анодной или катодной камере, обводная линия подсоединена к выходному патрубку анодной камеры или к ее отводящей линии, или к дополнительной выходной линии, а ее выходной конец соединен с выходной линией и с выходным патрубком каталитического реактора.

Установка второго варианта исполнения может быть также снабжена соединительной линией, посредством которой катодная отводящая линия соединена с анодной отводящей линией и, кроме того, может содержать следующие дополнительные элементы, расположенные по аналогии с вышеперечисленными дополнительными элементами установки первого варианта исполнения:
- на обводной линии расположены ограничитель расхода и/или нормально закрытый перепускной клапан или регулятор расхода;
- на выходном конце катодной отводящей линии и/или на соединительной линии расположены регуляторы расхода, а переключатель потока имеет ручной или электромагнитный привод и выполнен с переключаемым элементом вращательного или возвратно-поступательного движения с проходными каналами для циркуляции жидкой среды, при рабочих положениях которых подсоединенные к переключателю линии сообщаются между собой и/или с каталитическим реактором;
- установка также может иметь: по крайней мере, одну проточную расширительную емкостью, установленную на конечном участке анодной отводящей линии перед переключателем потока и/или на переточной линии; по крайней мере, один очистительный фильтр, установленный на анодной отводящей линии или на входной линии, и/или на переточной линии; водоструйное насосное дозирующее устройство, имеющее, по крайней мере, одну проточную эжекторную камеру, установленную на переточной линии и/или на подводящей линии соединенной с анодной или с катодной камерой; устройство для измерения и контроля pH и/или редокс-потенциала циркулирующего потока обработанной жидкой среды; анодная камера электролизной ячейки может иметь три патрубка, а электролизная ячейка плоской или цилиндрической формы может быть расположена в вертикальном или горизонтальном, или наклонном рабочем положении.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и чертежами, на которых:
фиг. 1-4 изображают принципиальные гидравлические схемы установки для электрохимической обработки жидкой среды согласно первому варианту исполнения в соответствии с изобретением;
фиг. 5-9 - принципиальные гидравлические схемы установки для электрохимической обработки жидкой среды согласно второму варианту
фиг. 10-13 - рабочие положения переключателя потока, выполненного в виде трехходового крана с подсоединенными к нему трубопроводными линиями и каталитическим реактором разложения активного хлора.

Установка для электрохимической обработки жидкой среды согласно первому и второму вариантам исполнения содержит проточную электролизную ячейку с анодной камерой 1 (фиг. 1-9) и катодной камерой 2, которые разделены посредством полупроницаемого элемента в виде диафрагмы или мембраны 3. Электролизная ячейка имеет плоскую или цилиндрическую форму и рабочее положение. В анодной камере 1 расположен электрод положительной полярности - анод, а в катодной камере 2 - электрод отрицательной полярности - катод, обозначенные на схемах соответствующими знаками + и -. Электроды могут иметь плоскую или цилиндрическую форму. Они подключены к выходным клеммам регулируемого стабилизированного трансформаторного источника постоянного электрического тока, совмещенного с блоком управления (на фигурах не показан).

К входным и выходным патрубкам анодной камеры 1 электролизной ячейки плоской или цилиндрической формы подсоединены трубопроводные линии, причем могут быть предусмотрены входной патрубок, соединенный с подводящей линией. и один или два выходных патрубка, соединенные с отводящей и обводной линиями. В дальнейшем приводится функциональное наименование линий без термина "трубопроводная". Установка имеет подводящую линию 4 обрабатываемой жидкой среды, катодную отводящую линию 5 со сливным концом для отвода жидкой среды из катодной камеры 2, анодную отводящую линию 6 для отвода жидкой среды из анодной камеры 1, переключатель потока 7 с ручным или электромагнитным приводом, проточный каталитический реактор 8 с гранулированным катализатором и/или сорбентом для удаления активного хлора из обработанной жидкой среды, обводную линию 9, выходную линию 10 и дополнительную выходную линию 11. Переключатель потока 7 имеет ручной или электромагнитный привод. Он может быть выполнен с переключаемым элементом вращательного или возвратно-поступательного движения с проходными каналами для циркуляции жидкой среды, например, в виде трехходового или четырехходового крана, или с переключаемым штоком.

На обводной линии 9 расположены нормально закрытый перепускной клапан 12 и/или ограничитель расхода 13, выполненный в виде дросселя. Возможен также вариант, согласно которому дроссель 13 может быть расположен в корпусе перепускного клапана 12 или вместо последнего может быть установлен регулятор расхода, например, в виде запорно-регулирующего вентиля 12, или на обводной линии 9 может быть установлен дроссель 13 (фиг. 2, 6, 9).

Входной конец обводной линии 9 соединен с выходным патрубком анодной камеры 1 (фиг. 1, 5, 8) или с анодной отводящей линией 6 (фиг. 3, 4, 7), или с дополнительной выходной линией 11 (фиг. 2, 6, 9), а ее противоположный конец соединен с выходной линией 10 и с выходным патрубком каталитического реактора 8. На выходном конце катодной отводящей линии 5 расположена регулирующая или запорно-регулирующая трубопроводная арматура (регулятор расхода) 14, выполненная в виде регулируемого дросселя (фиг. 1, 5) или запорно-регулирующего вентиля (фиг. 2-4, 6-9), которые изображены на схемах общепринятыми условными графическими обозначениями. Через сливные концы катодной отводящей линии 5, выходной линии 10 и дополнительной выходной линии 11 обработанная жидкая среда подается к месту отбора или сливается, например, в канализацию: это обозначено стрелками на концах линий 5, 10, 11. Подвод обрабатываемой жидкой среды в установку также обозначен на схемах общепринятым условным графическим обозначением в виде зачерненного треугольника на входе подводящей линии 4. В установке первого варианта исполнения (фиг. 1-4) подводящая линия 4 подсоединена к входному патрубку анодной камеры 1 и имеет дополнительную подводящую ветвь 15, которая подсоединена к входному патрубку катодной камеры 2.

В установке второго варианта исполнения подводящая линия 4 соединена с входным патрубком анодной камеры 1 (фиг. 5, 6, 7) или с входным патрубком катодной камеры 2 (фиг. 8, 9), поэтому также имеется переточная линия 16 для подачи жидкой среды из одной камеры электролизной ячейки или из подсоединенной к ней отводящей линии в другую камеру, например: из анодной камеры 1 (фиг. 6) или из анодной отводящей линии 6 (фиг. 5, 7) в катодную камеру 2; или из катодной камеры 2 (фиг. 8) или из катодной отводящей линии 5 (фиг. 9) в анодную камеру 1.

Установка первого варианта исполнения согласно схемам на фиг. 2, 3, 4 или второго варианта исполнения согласно схемам на фиг. 6-9 также имеет следующие дополнительные элементы в совокупности с вышеперечисленными базовыми элементами, которые обозначены позициями 1-15 на схеме согласно фиг. 1 или позициями 1-14, 16 на схеме согласно фиг. 5:
- соединительную линию 17, соединяющую катодную отводящую линию 5 с анодной отводящей линией 6 (фиг. 2, 4, 6, 7);
- запорно-регулирующий вентиль 18, расположенный на соединительной линии 17 (фиг. 2, 4, 6, 7), а также вентиль 19, расположенный на анодной отводящей линии 6 (фиг. 6, 7);
- проточную расширительную емкость 20 и/или 21 для уменьшения скорости циркуляции жидкой среды, отводимой из анодной камеры 1 в проточный каталитический реактор 8, или из катодной камеры 2 в анодную камеру 1, причем расширительная емкость 20 расположена на конечном участке анодной отводящей линии 6 перед переключателем потока 7 (фиг. 2, 3, 4), а расширительная емкость 21 - на переточной линии 16 (фиг. 9);
- очистительный фильтр 22 для очистки жидкой среды от выпавших в осадок оксидов железа, расположенный на анодной отводящей линии 6 (фиг. 2, 7) или на выходной линии 10 (фиг. 3, 4, 6, 9), и/или очистительный фильтр 23 для очистки жидкой среды от выпавших в осадок гидроксидов щелочноземельных и тяжелых металлов, расположенный на переточной линии 16 (фиг. 8, 9) и/или на соединительной линии 17 (фиг. 2). В зависимости от назначения и области применения предложенной установки могут быть предусмотрены другие варианты расположения одного или нескольких очистительных фильтров на соединенных между собой линиях, по которым жидкая среда отводится из электродных камер электролизной ячейки к месту отбора или слива;
- водоструйное насосное дозирующее устройство с проточной эжекторной камерой 24, установленной на подводящей линии 4 (фиг. 2, 6-9), и/или на отходящей от нее дополнительной подводящей ветви 15, посредством которой подводящая линия соединена с катодной камерой 2, и/или с двумя эжекторными камерами 24, 25, причем они могут быть расположены на подводящей линии 4 последовательно (фиг. 3) или параллельно (фиг. 4), и/или эжекторная камера 25 может быть установлена на переточной линии 16 (фиг. 7, 8, 9). Эжекторные камеры 24, 25 имеют один или два всасывающих патрубка, к одному из которых подсоединена вспомогательная линия 26 с регулятором расхода в виде запорно-регулирующего вентиля 27 и/или фильтром 28 (фиг. 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9), а к другому подсоединена вспомогательная линия 29 с запорно-регулирующим вентилем 30 и/или фильтром 31 (фиг. 3, 4, 7, 8, 9).

Входной конец вспомогательной линии 26 с фильтром 28 размещен в емкости 32 для реагентного раствора или сообщается с атмосферой, а входной конец вспомогательной линии 29 может быть соединен с катодной отводящей линией 5 (фиг. 3, 4, 6, 7), или с анодной отводящей линией 6 (на фиг. не показано), или расположенный на нем фильтр 31 размещен в емкости 33 для реагентного раствора. Вспомогательные емкости 32, 33 изображены на схемах для удобства изложения принципа работы установки. Фильтры 28, 31 предназначены для очистки реагентного раствора и/или воздуха от механических примесей. Установка также может содержать устройство для измерения и контроля pH и/или редокс-потенциала циркулирующего потока обработанной жидкой среды с электродами 34, расположенными в проточной расширительной емкости 20 или в проточной ячейке 35, расположенной на конечном участке анодной отводящей линии 6 перед переключателем потока 7 (фиг. 3, 4, 5, 8, 9).

Когда обводная линия 9 с дросселем 13 подсоединена к переключателю потока 7 (фиг. 2, 6, 9, 13) и/или к дополнительной выходной линии 11, последняя снабжена краном или запорно-регулирующим вентилем 36.

Принцип работы предлагаемой установки состоит в следующем.

В установке первого варианта исполнения согласно фиг. 1 обрабатываемая жидкая среда, например вода или раствор натрия хлорида, подается по подводящей линии 4 и отходящей от нее ветви 15 в анодную камеру 1 и в катодную камеру 2 электролизной ячейки, в которых расположены монополярные электроды: анод - положительной полярности, катод - отрицательной полярности, разделенные посредством полупроницаемого элемента 3 в виде диафрагмы или мембраны. В электродных камерах электролизной ячейки жидкая среда подвергается анодной или катодной электрохимической обработке постоянным электрическим током, который подводится от источника тока к аноду 1 и катоду 2, причем электрохимически обработанная жидкая среда характеризуется следующими общепринятыми названиями: аноднообработанная жидкая среда или катоднообработанная жидкая среда.

В аноднообработанной жидкой среде образуются анодные продукты электролиза, например, соляная кислота в комплексе с кислородными соединениями активного хлора (гипохлорит-ион, хлорноватистая кислота, моноокись хлора) и выделившимися при электролизе элементарными газами (хлор, кислород, озон), а при pH ниже 7 окисленные железосодержащие химические соединения выпадают в осадок в виде водонерастворимых оксидов.

В катоднообработанной жидкой среде образуются катодные продукты электролиза, например перекисные соединения, элементарный водород, а также гидроксиды щелочных, щелочноземельных или тяжелых металлов. При определенных значениях pH водонерастворимые гидроксиды щелочноземельных и тяжелых металлов выпадают в осадок, который может быть удален фильтрованием жидкой среды через фильтр с пористым фильтрующим элементом, например, с размером пор 5-10 мкм.

Из катодной камеры 2 катоднообработанная жидкая среда отводится по катодной отводящей линии 5 с вентилем или регулирующим дросселем 14 к месту отбора или слива, а путь отвода из установки аноднообработанной жидкой среды обусловлен рабочим положением переключателя потока 7 (фиг. 10-13). При рабочем положении переключателя потока 7 согласно фиг. 11, 12 нормально закрытый перепускной подпружиненный клапан или вентиль 12 перекрывает подачу аноднообработанной жидкой среды в обводную линию 9. Поэтому жидкая среда поступает из анодной камеры 1 в анодную отводящую линию 6, из которой в зависимости от рабочего положения переключателя потока 7 подается в дополнительную выходную линию 11 (фиг. 11) с отбором, например, в сборник или с отводом в канализацию; в каталитический реактор 8 (фиг. 12), в котором обесхлоривается и по выходной линии подается к месту отбора.

При рабочем положении переключателя потока 7 согласно фиг. 10 установка работает в режиме дезинфекции выходной линии 10 и каталитического реактора 8: поскольку подача жидкой среды в переключатель потока 7 из анодной отводящей линии 6 перекрыта, аноднообработанная жидкая среда с бактерицидными соединителями активного хлора и другими продуктами электролиза подается через обводную линию 9 с открытым вентилем 12 или с подпружиненным перепускным клапаном 12 и дросселем 13 в выходную линию 10. Она дезинфицирует выходную линию 10, через ее сливной конец отводится в канализацию и одновременно поступает в каталитический реактор 8. Последний также подвергается дезинфекции с отводом обесхлоренной в нем жидкой среды в дополнительную выходную линию 11, из которой сливается в канализацию. Установка первого варианта исполнения согласно схеме на фиг. 2 имеет аналогичный принцип работы с учетом следующей специфики подачи аноднообработанной жидкой среды в выходную линию 10 в режиме ее дезинфекции: аноднообработанная жидкая среда подается из анодной камеры 1 по анодной отводящей линии 6 с очистительным фильтром 22 в расширительную емкость 20, из которой при рабочем положении переключателя потока 7 согласно фиг. 1 поступает в дополнительную выходную линию 11 с краном или запорным вентилем 36, а затем через обводную линию 9 с дросселем 13 в выходную линию 10. Для слива жидкой среды из установки переключатель потока устанавливают в рабочее положение согласно фиг. 13.

Установка первого варианта исполнения с базовыми и дополнительными составными элементами согласно схемам на фиг. 3, 4 в целом работает по такому же принципу как и установка согласно схеме на фиг. 1; дополнительные составные элементы, обозначенные на фиг. 3, 4 позициями 17-32, обуславливают специфику работы установки как первого, так и второго варианта исполнения в зависимости от конструктивных разновидностей ее гидравлической схемы, обеспечивающей достижение одного и того же технического результата.

Принцип работы установки второго варианта исполнения (фиг. 5-9) отличается от работы установки первого варианта исполнения тем, что обрабатываемая жидкая среда подается по подводящей линии 4 в анодную камеру 1 (фиг. 5, 6, 7) или в катодную камеру 2 (фиг. 8, 9), а затем по переточной линии 16 подается в другую камеру: из анодной камеры 1 в катодную камеру 2 (фиг. 5, 6, 7) или из катодной камеры 2 в анодную камеру 1 (фиг. 8, 9).

Подробное изложение принципа работы установки первого и второго вариантов исполнения приводится в рассмотренных ниже примерах ее практического использования.

Пример 1.

Обеззараживание воды для питьевых целей со снижением исходного количества легкоокисляемых органических веществ и химических соединений железа.

Предлагаемая установка первого варианта исполнения согласно схеме на фиг. 3, 4 работает следующим образом.

В начальный период работы установки проводят дезинфекцию ее анодной отводящей линии 6 с расширительной емкостью 20 и переключателем потока 7, а также каталитического реактора 8 и соединенной с ним выходной линии 10: с этой целью подключают к электросети источник питания, совмещенный с блоком управления, подают напряжение на электроды электролизной ячейки и устанавливают переключатель потока 7 в рабочее положение согласно фиг. 10. При этом открывается нормально закрытый электромагнитный клапан (на фиг. не показан), расположенный на входном конце подводящей линии 4 с дополнительной подводящей ветвью 15, через которую обрабатываемая вода поступает в анодную камеру 1, а по отходящей от нее ветви 15 - в катодную камеру 2. В процессе ее циркуляции по подводящей линии 4 через последовательно (фиг.3) или параллельно (фиг. 4) расположенные эжекторные камеры 24, 25 водоструйного насосного дозирующего устройства поток обрабатываемой воды создает в этих эжекторных камерах разрежение, за счет которого в эжекторную камеру 25 также поступает поток катоднообработанной воды, отводимой из катодной линии 5 по вспомогательной линии 29 с вентилем 30, а в эжекторную камеру 24 из емкости 32 подается 1%-ный раствор натрия хлорида или атмосферный воздух, отсасываемый из незаполненной раствором емкости 32 через вспомогательную линию 26 с вентилем 27 и фильтром 28. Если исходная вода имеет pH 8-9, для повышения эффективности ее обеззараживания и очистки реагентный 1%-ный раствор натрия хлорида подкисляют с учетом получения аноднообработанной воды с pH 5-6. Запорно-регулирующими вентилями 27, 30 регулируют расход подаваемого в эжекторную камеру реагентного раствора и/или рециркулирующей катоднообработанной воды, или атмосферного воздуха, а при отсутствии необходимости их подачи перекрывают вспомогательную линию 26 и/или 29.

Подача 1%-ого раствора натрия хлорида в обрабатываемую для питьевых целей воду проводится с учетом их допускаемой концентрации 350 мг/л, что обусловлено требованиями ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая", а количество подаваемого атмосферного воздуха регулируют с учетом дополнительно выделяющегося количества электролизных газов, поскольку их избыточное суммарное количество приводит к существенному повышению напряжения протекающего при электролизе тока, количества расходуемого электричества и потребляемой электроэнергии на проведение электрохимической обработки воды.

Для получения стабильных концентраций активного хлора и озона в электрохимически обрабатываемую воду с общим солесодержанием 0,1-1,0 г/л и концентрацией хлоридов до 50 мг/л добавляют 1%-ый раствор натрия хлорида из расчета суммарной концентрации хлоридов 150 г/л и проводят ее обработку током 500-750 мА при напряжении 10-12 В. При необходимости коррекции pH воды, обрабатываемой в анодной или в катодной камерах 1, 2 электролизной ячейки, 1%-ый раствор натрия хлорида или другой реагентный раствор подкисляют, например, уксусной или соляной кислотой, или подщелачивают натрием двууглекислым: оптимальные параметры pH аноднообработанной воды 6-7, а катоднообработанной воды 8-9. Реализуемое с помощью эжекторной камеры 25 техническое решение по рециркуляции потока катоднообработанной воды, смешиваемого с потоком обрабатываемой воды, снижает затраты на ее электрохимическую обработку в связи с исключением или уменьшением ее слива в канализацию, а также позволяет повысить водородный показатель (pH) и уменьшить редокс-потенциал подаваемой к месту отбора питьевой воды. Так, например, в результате анодной электрохимической обработки воды с редокс-потенциалом +300...330 мВ при pH 7,5-7,6 током 500-750 мА ее водородный показатель (pH) уменьшается до 6,8-7,0, а редокс-потенциал увеличивается до +400...430 мВ. В то же время водородный показатель катоднообработанной воды повышается до 8,6-8,8 с одновременным уменьшением редокс-потенциала, а рециркуляция и дозированное смешивание потоков катоднообработанной и обрабатываемой воды в объемном соотношении 1:1 или в других регулируемых объемных соотношениях позволяет повысить водородный показатель отводимой из анодной камеры воды с одновременным снижением ее редокс-потенциала.

В анодной и катодной камерах 1, 2 электролизной ячейки с полупроницаемой диафрагмой или мембраной 3 через обрабатываемую воду протекает постоянный электрический ток, подведенный к расположенным в ячейке монополярным электродам - к аноду положительной полярности и к катоду отрицательной полярности.

Под воздействием постоянного электрического тока циркулирующая через электродные камеры 1, 2 вода подвергается электрохимической обработке (электролизу) с протеканием анодных электрохимических реакций в анодной камере 1 и катодных электрохимических реакций в катодной камере 2.

В результате электрохимических реакций образуются анодные и катодные продукты электролиза и элементарные газы: в анодной камере 1 - кислородные соединения активного хлора, например, в виде гипохлорит-иона, хлорноватистой кислоты, моноокиси хлора, соляной кислоты, хлор, кислород, озон; в катодной камере 2 - гидроксиды натрия, кальция, магния, тяжелых металлов, перекисные соединения, водород.

При величине pH катоднообработанной воды, например, свыше 8,5-9,0, водонерастворимые гидроксиды щелочноземельных и тяжелых металлов выпадают в осадок, а в аноднообработанной воде с pH не более 7,2 образуется хлопьевидный осадок водонерастворимых оксидов железа: чем выше pH катоднообработанной воды и ниже pH аноднообработанной воды, тем выше суммарная концентрация выпавших в осадок гидроксидов или оксидов с учетом дополнительного временного интервала, который необходим для укрупнения хлопьевидных частиц осадка с целью их удаления из воды фильтрованием или осаждением. Для увеличения времени циркуляции обработанной жидкой среды из анодной камеры 1 электролизной ячейки в очистительный фильтр 22 или в каталитический реактор 8 предусмотрена расширительная емкость 20. На стадии протекания анодных электрохимических реакций и в результате высокой реакционной активности образовавшихся в воде концентраций озона и соединений активного хлора вода подвергается обеззараживанию со снижением общего количества содержащихся в ней микроорганизмов или снижается исходный уровень патогенной микрофлоры (условно болезнетворные и/или болезнетворные микроорганизмы уничтожаются полностью или их исходное количество уменьшается), а при суммарной концентрации активного хлора и озона 3-5 мг/л и более аноднообработанная вода с водородным показателем (pH) не более 7,0-7,2 обладает бактерицидным действием, в связи с чем является эффективным дезинфицирующим средством для проведения антимикробной обработки трубопроводных линий и других элементов предложенной установки.

Требуемую для дезинфекции установки суммарную концентрацию активного хлора и озона получают регулированием силы тока, например, в диапазоне 750-1000 мА, и/или расхода аноднообрабатываемой воды, например 10-15 л/ч, а также стабилизацией этих параметров: с этой целью в установке предусмотрен регулируемый трансформаторный источник постоянного электрического тока, совмещенный с блоком управления, а на входном конце подводящей линии 4 наряду с нормально закрытым электромагнитным клапаном расположены специальные технические средства для регулирования, стабилизации и контроля расхода воды, например входной запорно-регулирующий вентиль, регулятор и датчик давления, ротаметр. Эти общеизвестные технические средства на схемах не показаны.

Одновременно с обеззараживанием или снижением микробной обсемененности аноднообработанной воды улучшаются другие показатели ее качества, что обусловлено уменьшением количества содержащихся в воде легкоокисляемых органических веществ и других легкоокисляемых загрязнений или примесей, а также увеличением концентрации растворенного и элементарного кислорода. Из анодной и катодной камеры установки отводятся два потока: выше было показано, что отводимый из катодной камеры 2 поток катоднообработанной воды подается в эжекторную камеру 25 и/или сливается из установки через вентиль 14, расположенный на выходном конце катодной отводящей линии 5, а поток аноднообработанной воды с озоном и бактерицидными соединениями активного хлора подается по обводной линии 9 в выходную линию 10. Он дезинфицирует выходную линию 10, каталитический реактор 8, переключатель потока 7 и дополнительную линию 11, сливаясь из установки через сливной конец линии 11 и выходной линии 10.

Дезинфекцию выходной линии 10, каталитического реактора 8, переключателя потока 7 и дополнительной выходной линии 11 проводят в течение 20-30 с (в блоке управления предусмотрено реле времени), после чего переключатель потока устанавливают в рабочее положение согласно фиг. 11, и в течение последующих 20-30 с проводят дезинфекцию анодной отводящей линии 6 и расширительной емкости 20: при этом аноднообработанная вода подается из анодной камеры 1 в анодную отводящую линию 6, поступает в расширительную емкость 20 и через переключатель потока 7 и дополнительную выходную линию 11 сливается из установки.

За период работы установки в вышеописанном цикле ее дезинфекции устанавливается стабильный режим электрохимической обработки воды. Для последующей работы установки в режиме обеззараживания и очистки воды регулятором силы тока на передней панели блока управления устанавливают силу тока 500-750 мА, а переключатель потока 7 устанавливают в рабочее положение согласно фиг. 12: при этом электрохимически обработанная вода подается из анодной отводящей линии 6 (фиг. 3) или из анодной отводящей линии 6 и соединительной линии 17 (фиг. 4) через расширительную емкость 20 и переключатель потока 7 в каталитический реактор 8, причем вентилем 14 (фиг. 3) и/или 18 (фиг. 4) перекрывают подачу воды через трубопроводные линии 5 и/или 17, или регулируют ее расход для изменения объемных соотношений смешиваемых потоков воды с анодными и/или катодными продуктами электролиза, подаваемых в смесительную расширительную емкость 20 из анодной отводящей линии 6 и соединительной линии 17: дозированным смешиванием потоков воды с анодными и/или катодными продуктами электролиза регулируют pH и/или редокс-потенциал электрохимически обработанной воды, подаваемой через расширительную емкость 20 и переключатель потока 7 в каталитический реактор 8, а контроль этих параметров проводят с помощью предусмотренного в установке измерительного устройства в виде проточного pH-метра с электродами 34, расположенными в проточной ячейке 35 (фиг. 3) или в расширительной емкости 20 (фиг. 4). На передней панели блока управления расположено светящееся индикаторное табло, на котором высвечиваются цифровые показатели контролируемых параметров pH и редокс-потенциала обработанной жидкой среды, а также силы и/или напряжения протекающего при электролизе тока. В каталитическом реакторе 8 электрохимически обработанная для питьевых целей вода обесхлоривается с одновременным снижением концентрации озона: допускаются остаточные концентрации свободного хлора до 0,5 мг/л, связанного хлора - до 1,2 мг/л и озона - до 0,3 мг/л, что обусловлено требованиями ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая".

В процессе каталитического разложения кислородных соединений активного хлора выделяется атомарный кислород. Он расходуется на доокисление оставшихся в воде легкоокисляемых органических веществ и/или примесей, железосодержащих соединений и микроорганизмов. Из каталитического реактора 8 обесхлоренная электрохимически обработанная вода поступает в выходную линию 10 с фильтром 22, который задерживает выпавшие в осадок водонерастворимые оксиды железа (фиг. 2, 3), после чего очищенная вода подается через сливной конец выходной линии 10 к месту отбора.

Для окончания работы установки в режиме обеззараживания и очистки воды нажимают кнопку "Стоп" на передней панели блока управления, при этом электромагнитный клапан на входном конце подводящей линии 4 перекрывает подачу обрабатываемой воды в электродные камеры электролизной ячейки, после чего она обесточивается. Для полного слива воды из установки переключатель потока 7 последовательно устанавливают в рабочее положение согласно фиг. 10, а затем согласно фиг. 11.

Таким образом, в предложенной установке первого варианта исполнения согласно схеме на фиг. 3 или 4 электрохимической обработке подвергают воду для питьевых целей или воду с дополнительно введенной концентрацией хлоридов с получением двух подаваемых к месту отбора или слива потоков:
- слабощелочной воды с катодными продуктами электролиза, концентрация которых обуславливает ее pH, редокс-потенциал, а также суммарное количество выпавших в осадок водонерастворимых гидроксидов щелочноземельных и тяжелых металлов.

- слабокислой или нейтральной обесхлоренной воды с анодными продуктами электролиза, состав и концентрация которых обуславливает ее pH и редокс-потенциал: имеет pH 6,0-7,2, редокс-потенциал +350...450 мВ, улучшенные бактериологические показатели, повышенное содержание кислорода, сниженное содержание железа, легкоокисляемых органических веществ, химических соединений или примесей по сравнению с исходной водой; получают при закрытом вентиле 14 (фиг. 3) и/или 18 (фиг. 4) с отводом через сливной конец выходной линии 10;
- слабощелочной обесхлоренной воды со смешанными анодными и катодными продуктами электролиза, состав, соотношение и концентрация которых обуславливает ее pH и редокс-потенциал: имеет pH 7,8-8,2, редокс-потенциал +100 мВ. . . -100 мВ, улучшенные бактериологические показатели, повышенное содержание кислорода, водорода, сниженное содержание легкоокисляемых органических веществ, химических соединений или примесей по сравнению с исходной водой; получают при открытых вентилях 18 и/или 30 на вспомогательной сливной конец выходной линии 10.

Электрохимическое получение слабокислого, нейтрального или слабощелочного раствора активного хлора, а также слабощелочного раствора гидроксида натрия.

Установка согласно схеме на фиг. 3 или 4 работает аналогично описанному выше техническому циклу, причем переключатель потока 7 находится в рабочем положении согласно фиг. 11.

В емкость 32 заливают 20-30%-ный реагентный раствор натрия хлорида, включают кнопку "Сеть" на передней панели блока управления для подачи напряжения на электроды электролизной ячейки, и входным вентилем на подводящей линии 4 (на схемах не показан), а также вентилем 27 регулируют расход обрабатываемой воды и смешиваемого с нею 20-30%-ого раствора натрия хлорида с таким расчетом, чтобы получить в эжекторной камере 24 разбавленный 1%-ый раствор натрия хлорида. О получении в эжекторной камере 24 разбавленного раствора требуемой концентрации (10 г/л) судят по параметрам напряжения и силы тока, который протекает через этот раствор в процессе его электрохимической обработки: например, при обработке 1%-ого раствора натрия хлорида постоянным электрическим током 10 А, напряжение составляет 12 В.

Полученные в электродных камерах 1, 2 электрохимически обработанные растворы отводятся в виде двух потоков, сливаемых из установки через открытый вентиль 14 на выходном конце катодной отводящей линии 5 и через сливной конец дополнительной выходной линии 11. При этом вентилями 14 и 30 (фиг. 3, 4) и/или 18 (фиг. 4) регулируют объемные соотношения смешиваемых потоков жидкой среды с анодными и катодными продуктами электролиза с одновременным контролем получаемых параметров pH и/или редокс-потенциала на табло с цифровыми индикаторными лампами, расположенными на передней панели блока управления.

В результате электрохимической обработки 1%-ого раствора натрия хлорида в электролизной ячейке установки согласно схеме на фиг. 3 или 4 получают:
- слабощелочной раствор натрия хлорида с гидроксидом натрия, перекисными соединениями и выпавшими в осадок гидроксидами щелочноземельных и тяжелых металлов: имеет pH от 9 до 12, редокс-потенциал от (-600) мВ до (-900) мВ; предназначен для употребления в качестве моющего средства; получают при открытом вентиле 14 с отводом через сливной конец катодной отводящей линии 5;
- слабокислый раствор натрия хлорида с активным хлором в виде хлорноватистой кислоты, моноокиси хлора и элементарного хлора: имеет концентрацию активного хлора 0,1-0,5 г/л, pH от 2 до 4, редокс-потенциал от +950 мВ до +1250 мВ; предназначен для употребления в качестве дезинфицирующего или обеззараживающего средства; получают при закрытом вентиле 30 на вспомогательной линии 29 с подачей к месту отбора через сливной конец дополнительной выходной линии 11;
- слабокислый, нейтральный или слабощелочной раствор натрия хлорида с активным хлором в виде гипохлорит-иона, хлорноватистой кислоты, моноокиси хлора и элементарного хлора: имеет концентрацию активного хлора от 0,3 до 1 г/л, pH от 4,5 до 7,5, редокс-потенциала от +750 мВ до +1050 мВ; предназначен для употребления в качестве стерилизующего, дезинфицирующего, обеззараживающего, моющедезинфицирующего или лекарственного средства, например, антибактериального и противовирусного действия; получают при открытых вентилях 18 и/или 30 на соединительной линии 17 и вспомогательной линии 29 с подачей к месту отбора через сливной конец дополнительной выходной линии 11.

Пример 2. Обеззараживание и очистка воды для питьевых целей.

Предлагаемая установка второго варианта исполнения согласно схеме на фиг. 6 или 7, 8 или 9 работает следующим образом.

В установке второго варианта исполнения с последовательно соединенными электродными камерами обрабатываемая вода сначала заполняет анодную камеру 1 (фиг. 6, 7) или катодную камеру 2 (фиг. 8, 9), а затем по переточной линии 16 поступает во вторую камеру электролизной ячейки. Поскольку процесс электрохимической обработки воды начинается с момента заполнения обеих камер электролизной ячейки (при отсутствии воды в анодной камере ток между электродами не протекает), в начальный период работы установки согласно схеме на фиг. 6, 7 в анодную отводящую линию 6 поступает необработанная вода, которая наряду с органическими и/или химическими загрязнениями может также содержать болезнетворную микрофлору. Последняя осаждается на внутренней поверхности трубопроводных линий с расположенными на них элементами, через которые поток бактериально обсемененной воды подается к месту отбора. Внутренние поверхности установки могут также подвергаться обсеменению в начальный или конечный периоды ее работы, если циркуляция обрабатываемой воды происходит при обесточенном источнике питания. Поэтому первоначальный цикл дезинфекции и очистки внутренних поверхностей установки от имеющихся или внесенных в процессе ее эксплуатации загрязнений является важным условием качественного обеззараживания и очистки воды, которая может содержать болезнетворную микрофлору.

Цикл дезинфекции и предварительной очистки установки проводят по аналогии с вышеописанным в примере 1: водородный показатель (pH) обрабатываемой воды от 6 до 9, исходный редокс-потенциал +300 мВ...400 мВ, расход 10-15 л/ч, суммарная концентрация содержащихся и/или дополнительно введенных хлоридов - 150 мг/л, сила тока 750-1000 мА при напряжении 12-14 В, суммарное время дезинфекции 40-60 с.

Для дезинфекции установки согласно схеме на фиг. 6 переключатель потока устанавливают в рабочее положение согласно фиг. 11, при этом в течение 20-30 с установка работает с открытым вентилем 36 для слива воды из дополнительной выходной линии 11, а затем в течение последующих 20-30 с - с закрытым вентилем 36 для подачи аноднообработанной воды с бактерицидными соединениями активного хлора и озоном из дополнительной выходной линии 11 и переключателя потока 7 через обводную линию 9 с дросселем 13 в выходную линию 10 с фильтром 22 и в выходной патрубок каталитического реактора 8.

Для дезинфекции установки согласно схеме на фиг. 7 переключатель потока 7 устанавливают в рабочее положение согласно фиг. 10, а через 20-30 с - в рабочее положение согласно фиг. 11. Последующую эксплуатацию установки согласно схеме на фиг. 6 и 7 в режиме обеззараживания и очистки воды проводят при рабочем положении переключателя потока 7 согласно фиг. 12.

В процессе циркуляции через анодную камеру 1 поток обрабатываемой воды обеззараживается образующимися в этой камере продуктами электролиза (активный хлор, озон) с одновременным снижением легкоокисляемых органических веществ и выпадением в осадок оксидов железа. Из анодной камеры 1 поток аноднообработанной воды подается по анодной отводящей линии 6 с открытым вентилем 19 через переключатель потока 7 в расширительную емкость 20, а по переточной линии 16 в катодную камеру 2 (фиг. 6), из которой поступает в катодную отводящую линию 5 со сливом через открытый вентиль 14 и/или с подачей в расширительную емкость 20 через открытый вентиль 18 на соединительной линии 17 (фиг. 6).

В установке согласно схеме на фиг. 7 поток аноднообработанной воды подвергается очистке от оксидов железа в фильтре 22 на анодной отводящей линии 6, из которой поступает в переключатель потока 7 и по переточной линии 16 подается в катодную камеру 2. Таким образом, через переключатель потока 7 в каталитический реактор 8 может подаваться поток слабокислой или нейтральной воды, например с pH от 6 до 7 и редокс-потенциалом +300 мВ...450 мВ, обработанной в анодной камере 1, или смешанный поток нейтральной или слабощелочной воды, например с pH от 7 до 9 и редокс-потенциалом от +100 мВ до -200 мВ, обработанной сначала в анодной камере 1, а затем в катодной камере 2. Обесхлоренная в каталитическом реакторе 8 вода подается по выходной линии 10 к месту отбора, при этом она может подвергаться фильтрующей очистке в фильтре 22 (фиг.6) от выпавших в осадок гидроксидов щелочноземельных и тяжелых металлов или оксидов железа (в зависимости от ее pH).

В установке согласно схеме на фиг. 8 или 9 обеззараживание и очистку воды проводят при закрытом вентиле 14 на катодной отводящей линии 5, при этом поток обработанной в катодной камере 2 воды сначала подвергается фильтрующей очистке в фильтре 23 от выпавших в осадок гидроксидов щелочноземельных и тяжелых металлов, затем анодной обработке в анодной камере 1 с целью ее обеззараживания со снижением общего количества легкоокисляемых органических и других веществ или примесей, после чего обесхлоривается в каталитическом реакторе 8 и вновь подвергается фильтрующей очистке в фильтре 22 на выходной линии 10 от выпавших в осадок оксидов железа.

Прошедшая обеззараживание и дополнительную очистку питьевая вода подается по выходной линии 10 к месту отбора: для ее качественного обеззараживания в анодной камере 1 после предварительной катодной обработки в катодной камере 2 расход обрабатываемой воды и силу протекающего через нее тока регулируют с учетом получения в анодной камере суммарной концентрации активного хлора и озона не менее 5 мг/л, которую определяют методом калий-иодистого титрования отобранной для анализа пробы. С учетом этого циркулирующая через эжекторную камеру 25 катоднообработанная слабощелочная вода, например, с pH 8,5-11,0 смешивается с подкисленным 1% раствором натрия хлорида, подаваемым по вспомогательной линии 29 с открытым вентилем 30 для получения в смешанном потоке оптимальной концентрации хлоридов, например 140-160 мг/л, и снижения pH до 6,8-7,2.

Электрохимическое получение слабокислого, нейтрального или слабощелочного раствора активного хлора.

Установка согласно схеме на фиг. 6, 7 или на фиг. 8, 9 работает аналогично описанному выше циклу, причем переключатель потока находится в рабочем положении согласно фиг. 11, а электрохимической обработке подвергают 1%-ный раствор натрия хлорида, полученный в эжекторной камере 24 путем дозированного введения 20-30%-ого раствора натрия хлорида в циркулирующий через камеру 24 поток питьевой воды.

Сила тока 10 А, напряжение 12 В. 1%-ый раствор натрия хлорида подвергают последовательной обработке в анодной камере 1, а затем в катодной камере 2 (фиг. 6, 7) или в обратной последовательности (фиг. 8, 9), при этом вентиль 14 на выходном конце катодной отводящей линии 5 может быть закрыт или открыт, что позволяет отводить часть объема полученного слабокислого или слабощелочного раствора через сливной конец линии 5.

С учетом отвода из установки части объема анодно- или катоднообработанного 1%-ого раствора натрия хлорида на получение анодных и/или катодных продуктов электролиза расходуется разное удельное количество электричества. Это означает, что при работе установки согласно схеме на фиг. 6, 7 или на фиг. 8, 9 в 1%-ном растворе натрия хлорида можно получить разные количественные соотношения смешиваемых анодных и катодных продуктов электролиза, состав которых зависит от pH полученного раствора активного хлора (общеупотребляемое название раствора хлорида щелочного металла с соединениями активного хлора - "раствор активного хлора").

В рассматриваемом примере с помощью установки согласно схеме на фиг. 6, 7 получают потоки слабокислого, нейтрального или слабощелочного раствора активного хлора, отводимые к месту отбора через сливные концы катодной отводящей линии 5 и дополнительной выходной линии 11, а с помощью установки согласно схеме на фиг. 8, 9 также получают слабощелочной раствор гидроксида натрия (натрия хлорида с гидроксидом натрия), отводимый к месту отбора через сливной конец катодной отводящей линии 5 при открытом вентиле 14. Состав, характеристики и область применения этих растворов аналогичны описанным в примере 1.

Проверка эффективности обеззараживания воды.

В 1 л воды для питьевых целей (общая жесткость 7 мг экв/л, концентрация хлоридов 140-160 мг/л, показатель перманганатной окисляемости 7-10 мг O₂/л) вводят 1000 условно-болезнетворных микроорганизмов и вирусов. Эту бактериологически загрязненную воду пропускают через обесточенную установку (экспериментальные образцы, собранные в соответствии со схемами на фиг. 3, 7, 9), отбирают из выходной линии 10 пробы воды, а затем с учетом вышеописанных циклов и режимов электрохимической обработки воды проводят дезинфекцию установки с последующей эксплуатацией в режиме обеззараживания. Оценку эффективности обеззараживания воды проводят на основе нормированных допустимых бактериологических показателей питьевой воды согласно ГОСТ 2874-82: общее количество бактерий группы кишечной палочки - не более 3 в 1 л. На основании результатов микробиологических анализов установлено, что 1 л контаминированной воды содержал 350-500 шт болезнетворных микроорганизмов и вирусов, а пробы обеззараженной воды отвечали бактериологическим требованиям для питьевой воды.

Таким образом, предложенная установка первого и второго вариантов исполнения обеспечивает достижение следующего технического результата:
- обеззараживает электрохимически обрабатываемую жидкую среду или снижает ее бактериальное загрязнение с одновременным уменьшением количественного содержания органических веществ, железа, щелочноземельных и тяжелых металлов;
- позволяет получать растворы с анодными и/или катодными продуктами электролиза, регулировать их количественное соотношение, pH и/или редокс-потенциал: например, раствор активного хлора с pH от 4,5 до 7,5, употребляемый в качестве стерилизующего, дезинфицирующего, отбеливающего, моющедезинфицирующего или лекарственного средства антибактериального и противовирусного действия;
- проводит в полуавтоматическом режиме дезинфекцию и очистку внутренних поверхностей отводящих и выходных трубопроводных линий полученным в анодной камере бактерицидным раствором с соединениями активного хлора и озоном.

Использование: для электрохимической обработки жидкой среды, позволяющей получать стерилизующий, дезинфицирующий, обеззараживающий, моющедезинфицирующий, отбеливающий или лекарственный растворы антибактериального и противовирусного действия, а также проводить обеззараживание и очистку жидкой среды от токсичных органических веществ, тяжелых, щелочноземельных металлов, железа и других примесей. Область применения - здравоохранение, пищевая, химическая и другие отрасли промышленности. Сущность изобретения: установка содержит источник постоянного электрического тока, проточную диафрагменную электролизную ячейку, подводящую линию обрабатываемой жидкой среды, катодную отводящую линию для отвода жидкой среды из катодной камеры к месту отбора или слива, анодную отводящую линию для отвода жидкой среды из анодной камеры в каталитический реактор разложения активного хлора, выходную линию для отвода жидкой среды к месту отбора, а также обводную линию, дополнительную выходную линию и переключатель потока, при этом по обводной линии жидкая среда подается из анодной камеры, или из ее отводящей линии, или из дополнительной выходной линии в выходную линию. Установка также может быть снабжена переточной линией для подачи жидкой среды из одной камеры электролизной ячейки в ее другую камеру, соединительной линией для подачи жидкой среды из катодной отводящей линии в анодную отводящую линию, проточной расширительной емкостью, очистительным фильтром и другими дополнительными составными элементами. 2 с.п.ф-лы, 16 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Установка для электрохимической обработки жидкой среды, содержащая по крайней мере одну проточную электролизную ячейку с монополярными электродами положительной и отрицательной полярностей, которые подключены к источнику постоянного электрического тока и расположены по обеим сторонам от элемента, разделяющего ячейку на анодную и катодную электродные камеры с подсоединенными к их патрубкам трубопроводными линиями, включающими подводящую линию обрабатываемой жидкой среды, катодную отводящую линию со сливным концом для отвода жидкой среды из катодной камеры, анодную отводящую линию для отвода жидкой среды из анодной камеры в каталитический реактор разложения активного хлора, подсоединенную к реактору выходную линию со сливным концом для отвода жидкой среды к месту отбора, отличающаяся тем, что установка также снабжена обводной линией, дополнительной выходной линией со сливным концом, а также переключателем потока, к которому подсоединен выходной конец анодной отводящей линии, входной патрубок каталитического реактора и входной конец дополнительной выходной линии, при этом обводная линия подсоединена к выходному патрубку анодной камеры, или к ее отводящей линии, или к дополнительной выходной линии, а ее выходной конец соединен с выходной линией и с выходным патрубком каталитического реактора. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена соединительной линией, посредством которой катодная отводящая линия соединена с анодной отводящей линией. 3. Установка по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что обводная линия содержит ограничитель расхода, и/или нормально-закрытый перепускной клапан, или регулятор расхода, на выходе катодной отводящей линии и/или на соединительной линии расположены регуляторы расхода, а переключатель потока имеет ручной или электромагнитный привод и выполнен с переключаемым элементом вращательного или возвратно-поступательного движения с проходными каналами для циркуляции жидкой среды, при рабочих положениях которых подсоединенные к переключателю потока линии сообщаются между собой и/или с каталитическим реактором. 4. Установка по любому из пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что она снабжена проточной расширительной емкостью, установленной на конечном участке анодной отводящей линии перед переключателем потока. 5. Установка по любому из пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере одним очистительным фильтром, установленным на анодной отводящей линии, или на выходной линии, и/или на соединительной линии. 6. Установка по любому из пп. 1 - 5, отличающаяся тем, что она снабжена водоструйным насосным дозирующим устройством, имеющим по крайней мере одну проточную эжекторную камеру, установленную на подводящей линии и/или на отходящей от нее дополнительной подводящей ветви, посредством которой подводящая линия соединена с катодной камерой, причем эжекторная камера имеет по крайней мере один всасывающий патрубок, к которому подсоединена вспомогательная линия с регулятором расхода и/или фильтром, а ее выходной конец соединен с анодной или с катодной отводящей линией, или расположен в емкости для реагентного раствора, или сообщается с атмосферой. 7. Установка по любому из пп. 1 - 6, отличающаяся тем, что она содержит устройство для измерения и контроля pH и/или редокс-потенциала циркулирующего потока обработанной жидкой среды, электроды которого установлены в проточной расширительной емкости или в проточной ячейке, расположенной на конечном участке анодной отводящей линии перед переключателем потока. 8. Установка по любому из пп. 1 - 7, отличающаяся тем, что анодная камера электролизной ячейки имеет три патрубка, к которым подсоединена подводящая линия, анодная отводящая линия, обводная линия.

9 Установка по любому из пп. 1 - 8, отличающаяся тем, что электролизная ячейка плоской или цилиндрической формы имеет вертикальное, или горизонтальное, или наклонное рабочее положение.