СПОСОБ БАКТЕРИЦИДНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ИОНАТОРЕ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/467 

Изобретение относится к области физической очистки воды электролизом для насыщения ионами серебра, придания бактерицидных и консервирующих свойств питьевой, лечебной и бытовой водам, жидким пищевым продуктам.

Известен промышленный способ обеззараживания водопроводной воды (см. Л. А.Кульский "Серебряная вода", Киев, "Наукова думка", 1971 г., с. 59), содержащий двухстадийную фильтрацию под напором сети через слой 500 мм обычного речного и посеребренного песка. Далее воду самотеком подают во второй фильтр, причем струю разбивают об отражатель для перемешивания с атмосферным воздухом, где воду фильтруют через слой 300 мм посеребренного песка N 566. Фильтрат самотеком собирают в резервуар и выдерживают не менее 2 часов. Обработанную воду сливают через кран.

Способ характеризуется малой производительностью и невозможностью получения растворов серебра заданной, регулируемой концентрации.

Отмеченные недостатки устранены в способе бактерицидной обработки воды в электролитическом ионаторе с анодным растворением серебра, по которому под действием постоянного тока небольшого напряжения на серебряных электродах (до 20 В) ионы серебра переходят в раствор. Изменяя плотность тока и время обработки воды, получают растворы серебра заданной концентрации. Для интенсификации процесса жидкость вокруг электродов, полярность которых изменяют циклически, через 15 минут, принудительно перемешивают (см. там же, с. 62, рис.15, 16, ионаторы системы "Cuma-Sina" фирмы ФРГ "Angelmi Wtrken").

Ионы серебра - средство дезинфекции и консервирования воды, вызывают гибель вегетативных форм бактерий, задерживают развитие спор, угнетают рост сине-зеленых водорослей, простейших и вирусов. Серебряная вода длительно сохраняет бактерицидные свойства.

Однако известный способ, выбранный по технической сущности в качестве ближайшего аналога, непроизводителен, потому что раствор приготавливают порционно в емкости, и нетехнологичен, так как требуется специальный механизм для принудительного перемешивания жидкости вокруг электродов.

Способ обеспечивает целевое применение всего объема приготовленной воды разом, например, в плавательном бассейне, но не представляется практически возможным использовать эту серебряную воду для розничного розлива потребителям в качестве питьевой или для лечебных целей, где установлен строгий диапазон содержания серебра в растворе.

Для решения указанной проблемы, расширения тем самым области использования приготавливаемой по известному способу воды, ее дополнительно необходимо принудительно перемешивать в объеме, чтобы получить равномерное распределение серебра, одинаковую концентрацию ионов серебра в растворе, но при этом увеличиваются трудозатраты и потребительская стоимость серебряной воды.

В основу изобретения положена техническая задача по совершенствованию известного способа электролитической обработки воды, более производительно и экономично, при расширении функциональных возможностей и ассортимента приготавливаемых вод и жидкостей.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе бактерицидной обработки воды в электролитическом ионаторе, включающем подачу воды, анодное насыщение ее серебром с двух электродов переменной полярности, перемешивание раствора и слив его снизу, согласно изобретению воду на обработку подают потоком между плоскими серебряными электродами в зазор, который устанавливают сопоставимым с их толщиной, а раствор из ионатора выводят радиально распределенными струями в трубчатый смеситель, куда дополнительно подают встречным восходящим потоком чистую воду с регулируемым расходом, после чего раствор сливают, причем плотность тока электролиза поддерживают в диапазоне 0,15 - 5,О мА/см², а напряжение тока на серебряных электродах - 3.12В, полярность которых изменяют с периодом 5 - 10 мин.

Воду в ионатор подают потоком снизу вверх, чтобы после обработки она выливалась в смеситель самотеком сверху.

На обработку поток воды пропускают между плоскими серебряными электродами в зазор, размер которого устанавливают сопоставимым с толщиной электродов, для стабилизации электрохимического и гидродинамического режимов в ионаторе, практически неизменными в течение всего расходного цикла работы электродов.

Выведение приготовленного раствора из ионатора распределенными радиальными струями в трубчатый смеситель обеспечивает автоматическое перемешивание раствора за счет образующихся при этом в смесителе турбулентных потоков для дополнительного перераспределения ионов серебра равномерно во всем объеме раствора.

Дополнительная подача в смеситель встречным восходящим потоком чистой воды с регулируемым расходом позволяет расширить функциональные возможности способа по приготовлению заданных водных растворов серебра в широких пределах его концентрации и обеспечивает активное гидравлическое перемешивание технологических жидкостей для автоматического распределения ионов серебра в готовом продукте.

Выбранные диапазоны технологических параметров электролиза (плотность тока, напряжение на электродах и временной период изменения полярности электродов) оптимизированы по приготовлению различных заданных концентраций ионов серебра в питьевой, минеральной, лечебной, технической и бытовой водах.

Следовательно, отличительные признаки позволяют экономично и производительно приготавливать концентрированный раствор ионов серебра в воде и автоматически перемешивать его с заданным количеством дополнительной чистой воды, во время движения встречных потоков на слив из устройства, до нужного содержания ионов серебра, равнораспределенных в готовом продукте.

Каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, нового сверхэффекта, не присущего признакам в разобщенности.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом электролизера, в котором он реализуется, где изображены: на фиг.1 - общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - электрододержатель в аксонометрии.

Электролизер формообразуют две трубчатые емкости 1 и 2, центральная и наружная соответственно, смонтированные коаксиально в торцевых фланцах 3 и 4 из фторопласта. Трубчатая емкость 1 служит корпусом ионатора, а трубчатая емкость 2 - смесителем, обе выполнены из полиэтилена.

Торцевые фланцы 3, 4 нагружены гайками 5 периферийных стяжек 6 через металлические основание 7 и крышку 8 соответственно, образующих несущий корпус электролизера.

На боковой поверхности центральной трубчатой емкости 1 выполнены сквозные отверстия 9, соосные кольцевой проточке 10 фторопластового электрододержателя 11, совмещенного с внутренней поверхностью трубчатой емкости 1.

С нижнего торца электродержателя 11 (фиг. 2) выполнен продольный паз 12 длиной до кольцевой проточки 10, в котором посредством двух фторопластовых винтов 13 каждый закреплены два серебряных плоских пластинчатых электрода 14 по ГОСТ 7221-80 (толщиной 5 мм и шириной 35 мм) с зазором 15 между ними в 6 мм. В верхней части электрододержателя 11 укреплены раздельно соединенные с электродами 14 два изолированных токовода 16, электрически связанных через автоматический коммутатор полярности с источником постоянного тока (условно не показаны на чертеже).

Положение электрододержателя 11 в трубчатой емкости 1, образующие в сборе ионатор, фиксируется нажимной гайкой 17, установленной в крышке 8.

В нижнем фланце 3 установлены коммуникационные фторопластовые патрубки 18, 19 и 20, закрепленные снаружи гайками 21 на основании 7. Патрубок 18 сообщается с трубчатой емкостью 1 и служит для подачи воды на обработку, патрубок 19 - сливной, а патрубок 20 используется для подачи чистой воды в трубчатую емкость 2 и установлен с противной стороны от патрубка 19.

Все полимерные детали, контактирующие с водой, выполнены из нетоковедущих материалов, разрешенных в пищевой промышленности.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Постоянный ток напряжением 3 - 12 В подают на два серебряных электрода 14 разной полярности.

На обработку подают воду питьевую водопроводную, отвечающую требованиям ГОСТ P 51232 и СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".

Воду на обработку подают через патрубок 18 в полость трубчатой емкости 1 и далее восходящим потоком в зазор 15 между плоскими электродами 14, где происходит ее анодное насыщение ионами серебра - электролитическое растворение металла при плотности тока 0,15 - 5,0 мА/см². При этом получают концентрацию ионов серебра в воде в диапазоне 0,15 - 2,0 мг/л.

Автоматически коммутатором источника тока через заданный период времени 5 - 10 мин меняют полярность на электродах 14, чем обеспечивают их равномерный массовый износ при последовательном анодном растворении.

Расход серебра с электродов 14 составляет 0,05 - 0,25 г на 1000 л обработанной воды. Дозирование и учет вводимого в раствор серебра производят по расходу электроэнергии.

Далее в кольцевой проточке 10, выполняющей функции ресивера, обработанная вода демпфируется, перемешивается и через отверстия 9 струйно вытекает в полость трубчатой емкости 2, где образуются турбулентные нисходящие потоки, перемешивающиеся в объеме, что служит равномерному распределению ионов серебра в воде, то есть получают однородный раствор. Серебряная вода сливается через патрубок 19.

Для приготовления питьевой воды или для увеличения выхода готового продукта, когда работают на повышенных режимах, в полость трубчатой емкости 2 через патрубок 20 регулируемым потоком подают чистую воду для заданного снижения концентрации ионов серебра.

Восходящий поток чистой воды из патрубка 20, расположенного диаметрально сливному патрубку 19, оказывает несимметричное гидравлическое сопротивление встречному потоку обработанной воды и завихряется к сливу, при этом происходит активное перемешивание.

По описанной технологии получают различные воды с ориентировочным содержанием ионов серебра (мг/л):
Питьевая - 0,05 - 0,5
Минеральная - 0,4 - 0,6
Лечебная - 2,0
В результате электролитической обработки воды анодным растворением серебра образуется так называемая серебряная вода, которая обладает высокими бактерицидными и консервирующими свойствами. Серебряная вода является реагентом для обеззараживания и консервирования питьевых и минеральных вод, жидких пищевых продуктов, используемых в лечебно-профилактических целях.

Насыщением воды ионами серебра ее очищают, что является наиболее надежной и рентабельной альтернативой химическому хлорированию, которое вызывает все более резкую критику из-за формируемых при этом канцерогенных побочных продуктов, учитывая увеличивающееся количество хлора в магистралях водоснабжения против повышенного уровня загрязнения природной воды.

На антимикробное действие серебряных растворов влияют pH воды, наличие в ней взвесей коллоидных и гумусовых веществ, ионов хлора, доза серебра и др.

Хлопья и муть различного происхождения в природной воде уменьшают эффективность обеззараживания ее серебром, поскольку последнее задерживается на поверхности взвеси. На процесс обеззараживания воды серебром отрицательно действуют и высокомолекулярные органические соединения, обуславливающие цветность воды, так как они сорбируют ионы серебра. Поэтому при высокой мутности и цветности воду перед обработкой серебром необходимо подвергать коагулированию и фильтрованию.

Из всех солей, реагирующих с ионами серебра с образованием нерастворимых соединений, в природных водах распространены лишь хлориды и сульфаты. При больших количествах Cl-ионов в воде самая незначительная часть серебра остается в виде свободных ионов, естественно, что скорость обеззараживания снижается.

Наличие в воде хлоридов приводит к образованию на серебряном аноде пленки хлорида серебра, затрудняющей растворение металла и, следовательно, понижающей выход серебра по току.

Большие количества сульфата мешают электролитическому растворению серебра из-за выделения на аноде кислорода. Однако, в обычных питьевых водах, в которых содержание хлоридов составляет 10 - 30 мг/л, а сульфатов не превышает 25 - 50 мг/л, выход по току составляет около 90%.

Влияние анионов хлора на выход серебра в раствор проиллюстрировано в таблице.

Антимикробный спектр серебра достаточно широк, в частности, серебро убивает грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы, а также вирусы. Наибольшей активностью серебро обладает в отношении патогенных бактерий, является высокоэффективным средством, уничтожающим такие условнопатогенные микроорганизмы как Proteus vulgaris, Вас, cereus, которые интенсивно размножаются в воде, сохраняемой длительное время, и Legionella pneumophilia, организм, который является широко распространенным в малых количествах внутри источников природной воды.

Серебряная вода сохраняет бактерицидные свойства в течение многих месяцев, что необходимо на речных и морских судах, других автономных объектах, в засушливых районах в условиях отсутствия центрального водоснабжения, на территориях с неблагоприятной или чрезвычайной ситуацией.

Согласно проведенным испытаниям, срок годности серебряной воды питьевой консервированной составляет не менее 2 лет. Вода питьевая консервированная, предназначенная для укомплектования спасательных средств, соответствует требованиям СОЛАС-74/96 и Правилам Российского Морского Регистра судоходства.

Серебряная вода характеризуется следующими показателями.

Физико-химические:
водородный показатель 6 - 9 единиц pH
общая минерализация (сухой остаток) не более 1000 мг/л
жесткость общая не более 7,0 ммоль/л
содержание серебра не менее 0,1 мг/дм³
Органолептические, согласно ГОСТ 3351, (не более):
запах 2 балла
привкус 2 балла
цветность 20^o
мутность 2,6 единицы мутности по формалину, 1,5 мг/л (по каолину)
При этом отсутствуют общие колиформные бактерии, а общее микробное число образующих колонии бактерий в 1 мл - не более 50.

Серебряная вода, полученная по предложенной технологии, может быть использована для питья и лечения, в частности, в интенсивной терапии и при трансплантации сердца, в пивоварении, для обработки домашней птицы, в технике, градирнях, плавательных бассейнах и др.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого явным образом не следует для специалистов по водоснабжению и электротехнике, выявил, что способ не известен, при этом он может быть реализован в промышленном производстве серебряной воды и в бытовых устройствах, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Изобретение относится к физической очистке воды электролизом и может быть использовано для насыщения питьевой и лечебно-профилактической вод, жидких пищевых продуктов и т.п. Способ включает подачу воды, анодное насыщение ее серебром с двух электродов переменной полярности, перемешивание раствора и слив его снизу. Новым является то, что воду на обработку подают потоком между плоскими серебряными электродами в зазор, который устанавливают сопоставимым с их толщиной, а раствор из ионатора выводят радиально распределенными струями в трубчатый смеситель, куда дополнительно подают встречным восходящим потоком чистую воду с регулируемым расходом, после чего раствор сливают, причем плотность тока электролиза поддерживают в диапазоне 0,15 - 5,0 мА/см², а напряжение на серебряных электродах 3-12 В, полярность на которых изменяют с периодом 5-10 мин. Технический эффект - возможность производительно и экономично приготавливать серебряную воду с различным содержанием ионов серебра в растворе и увеличить ассортимент обрабатываемых жидкостей для придания им бактерицидных и консервирующих свойств, тем самым расширить технологические и функциональные возможности способа. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ бактерицидной обработки воды в электролитическом ионаторе, включающий подачу воды, анодное насыщение ее серебром с двух электродов переменной полярности, перемешивание раствора и слив его снизу, отличающийся тем, что воду на обработку подают потоком между плоскими серебряными электродами в зазор, который устанавливают сопоставимым с их толщиной, а раствор из ионатора выводят радиально распределенными струями в трубчатый смеситель, куда дополнительно подают встречным восходящим потоком чистую воду с регулируемым расходом, после чего раствор сливают. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность тока электролиза поддерживают в диапазоне 0,15 - 5,0 мА/см², а напряжение тока на электродах 3 - 12В. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полярность на серебряных электродах изменяют с периодом 5 - 10 мин.