СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/46 C02F1/46 C02F101/20 C02F103/04 

Изобретение относится к водоподготовке, в частности к очистке воды от взвесей, примесей, тяжелых металлов, обеспечению стерильности воды, оптимизации щелочности (кислотности) рН и окислительно-восстановительного потенциала ОВП на момент выхода из устройства, например, для получения высококачественной питьевой воды.

Общеизвестна физико-химическая технология водоподготовки, включающая коагулирование, отстаивание, фильтрование и хлорирование. Традиционные технологические схемы водопроводных станций включают стадию реагентного обеззараживания. Как правило, в качестве обеззараживающих агентов используются хлор либо его соединения (диоксид хлора, хлорная известь, гипохлорит натрия). Типовые препараты для дезинфекции - хлорактивные соединения, поставляются промышленностью в расфасованном виде и разводятся в момент целевого применения в соответствующей, рекомендованной санитарно-гигиеническими нормами, концентрации в пресной воде. Вместе с тем за последние 10-15 лет выявлено негативное влияние хлорированной водопроводной воды на здоровье человека. Это вызвано наличием токсичных хлорорганических соединений, образующихся при взаимодействии органических загрязнений обрабатываемой воды с хлором и обладающих мутагенной и канцерогенной активностью. Опасность ситуации усугубляется тем, что в связи с практически повсеместным антропогенным и техногенным загрязнением воды в источниках водоснабжения дозу хлора при обеззараживании воды приходится увеличивать, а это, помимо образования токсичных соединений, ухудшает вкус и запах воды. При оценке существующих технологий обеззараживания необходимо также учитывать, что перевозки на значительные расстояния и постоянное хранение больших количеств хлора служат источником экологической опасности для близлежащих населенных пунктов. Основной недостаток вышеперечисленных препаратов в том, что они являются долговременно действующими экологически грязными и токсичными препаратами, как для человека, так и для биоценозов окружающей среды, они оказывают вредное воздействие на человеческий организм и окружающую среду [Hileman В. Cancer risk found from water chlorination //Chem. and Eng. News, 1992, v.70, 28, pp.7-8].

Совершенствование методов обеззараживания питьевой воды в настоящее время развивается по следующим основным направлениям: модернизация систем хлорирования (оптимизация конструкции контактных резервуаров, применение установок для получения диоксида хлора и электролитического гипохлорита натрия непосредственно на месте использования); озонирование; ультрафиолетовое облучение.

Общим недостатком способов озонирования и ультрафиолетового облучения является отсутствие консервирующего эффекта и, следовательно, возможность последующего инфицирования воды, что повсеместно наблюдается в практике систем водоснабжения. Кроме того, эффективность обеззараживания ультрафиолетовым облучением в значительной степени зависит от прозрачности, цветности обрабатываемой воды и концентрации взвешенных веществ. Применение ультрафиолетового излучения лимитируется повышенными требованиями по цветности и мутности воды, а также существенный недостаток в том, что им формируются токсичные продукты фотолиза, например образование нитритов из нитратов. Поэтому простое аппаратное решение данного процесса, при котором вода однократно протекает вблизи ультрафиолетовой лампы, возможно только для подземных вод высокого качества (см., например, [Von Sonntag С., Schuchmann H.-P. UV disinfection of drinking water and by-product formation - some basic considerations // Aqua, 1992. V.41, 2, pp.67-74]).

Способы обеззараживания с применением озона О₃ чрезвычайно токсичны и требуют особо надежного оборудования и специальных датчиков обнаружения его утечек, эффективность использования из-за утечек составляет 95-96%. Озон эффективно убивает микромицеты и дрожжи, но не полностью подавляет микрофлору, причем при наличии брома в примесях образуются вредные продукты (броматы). Также еще не полностью выяснена оценка потенциала генотоксичности и мутагенности продуктов озонирования в воде, кроме того при озонировании резко увеличивается скорость коррозии труб в водопроводной сети [Апельцина Е.И., Алексеева Л.П., Горячева Н.А. Озонирование при подготовке питьевой воды.// Жил. и коммун, х-во. 1993. 7. С.40-41].

Хорошо известны и широко применяются каталитические фильтры с химически активной поверхностью, на которой происходят реакции разложения примесей. Они могут производить очистку от растворенных примесей, а также от взвешенных твердых частиц. Однако срок службы каталитических фильтров ограничен, т. к. примеси вступают в реакцию с химически активной поверхностью, меняя ее свойства ("отравление" катализатора). Кроме того, поры фильтра забиваются твердыми макро- и микрочастицами. В результате через определенное время работы необходимо менять картридж фильтра на новый, что требует значительных затрат.

Хорошо известны и широко применяются механические фильтры, очищающие воду от твердых макро- и микрочастиц. Поры механического фильтра также забиваются микрочастицами, но в принципе можно не менять картридж фильтра на новый, а промывать (продувать) фильтр, например, сжатым воздухом, что значительно повышает срок службы фильтра и снижает эксплуатационные расходы. Это, правда, требует специальных устройств. Очевидно, что механические фильтры не очищают воду от растворенных примесей, что является серьезным недостатком. Другим недостатком является то, что в объеме фильтра часто создаются условия для размножения патогенных микроорганизмов, которые в больших количествах могут поступать в очищенную воду.

Известен способ и устройство для обеззараживания и очистки воды в электролизере [Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Рахманин Ю.А. Устройство для обеззараживания и очистки воды. RU 2040477, 1992], когда исходная вода от напорного источника фильтруется от механических примесей в механическом фильтре и пропускается через электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство. Часть воды проходит только через катодное пространство, остальная часть - только через анодное пространство. Электролиз разрушает растворенные в воде примеси - нитриты, нитраты, фенолы и другие компоненты, превращает ионы токсичных металлов в окислы (которые, правда, выпадают в осадок и остаются в воде), выводит из раствора хлор, т.е. вода в значительной мере очищается от и обеззараживается. Эта система имеет ряд недостатков. На выходе системы стоит каталитический фильтр, требующий периодической замены катализатора. Механический фильтр также может забиваться примесями и приводить к залповым выбросам микроорганизмов, т.е. он также требует периодической замены. Генерация осадка на электродах требует их достаточно частой очистки и периодической замены.

Наиболее близким к заявляемому является способ водоподготовки, описанный в патенте [Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Рахманин Ю.А. Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов. RU 2088539, 1995]. Он принят за прототип. Исходная вода от напорного источника фильтруется от механических примесей в фильтре и пропускается через электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство. Проходя через электролитическую камеру, вода обеззараживается. Электролиз разрушает в воде нитриты, нитраты, хлор, фенолы и другие компоненты, превращает ионы токсичных металлов в окислы, т.е. вода в значительной мере очищается от растворенных примесей.

Вода может также получать улучшенные значения рН и ОВП. В электролитической камере часть воды проходит через анодное пространство (такая вода называется анолитом) и обеззараживается, она может применяться в качестве дезинфицирующего раствора. Однако такая вода по своим характеристикам кислотности и окислительно-восстановительного потенциала рН и ОВП совершенно не соответствует внутренней среде человека, она неблагоприятно влияет на микрофлору кишечника, что препятствует использованию такой воды как питьевой. Вода, прошедшая через катодное пространство (такая вода называется католитом), также обеззараживается, при одних режимах тока и расхода она может быть оптимизирована для получения моющих растворов, при других сделана ближе по рН и ОВП к внутренней среде человека, чем анолит и чем исходная вода. Из католита в значительной мере удаляются растворенные примеси: одна их часть (в основном органические вещества) разлагается полностью, а другая преобразуется в твердую фазу и выпадает в осадок, формируя налет на стенках и мелкодисперсную взвесь. Если допускается минерализация (подсоление) получающейся воды, то для снижения энергозатрат на обработку в электролитической камере путем снижения электрического сопротивления воды в прототипе ее подсаливают перед входом в электролитическую камеру. В случае получения питьевой воды значительная минерализация нежелательна.

В этом же патенте подробно описано устройство, реализующее этот способ. Оно также принято за прототип.

Соответствующее устройство содержит фильтр и электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, причем фильтр гидравлически соединен с выходом из напорного источника и со входом в катодное пространство электролитической камеры, выход из катодного пространства гидравлически соединен, во-первых, со входом в анодное пространство электролитической камеры, во-вторых, с выходом католита, выход из анодного пространства электролитической камеры гидравлически соединен с выходом анолита, и между выходом из катодного или анодного пространства электролитической камеры и выходом католита или анолита расположен вентиль распределения потоков католита. По прототипу устройство также содержит систему подачи солевого раствора, выход которого гидравлически соединен со струйным насосом, а струйным насос гидравлически соединен с выходом из фильтра и со входом в катодное пространство электролитической камеры. В нашем случае (получение высококачественной питьевой воды) наличие системы подачи солевого раствора не обязательно.

Существенным недостатком прототипа является то, что растворенные в исходной воде вещества (в т.ч. соли тяжелых металлов) хотя и выпадают в осадок, но не удаляются из воды и в виде мелкодисперсной взвеси могут попадать в организм. Радиоактивные примеси при этом не теряют своей поражающей способности. Следует отметить также, что мелкодисперсная взвесь химически пассивных микрочастиц может быть опасна для человеческого организма, вызывая функциональное поражение иммунной системы.

Другим недостатком является возможность вышеупомянутого размножения микроорганизмов в фильтре. Эти микроорганизмы интенсивно размножаются и выделяют в воду продукты своей жизнедеятельности - токсины, которые обладают значительной токсичностью. Все это может вызывать неприятный запах и служить источником отравления и заражения, особенно при пуске устройства после длительного перерыва, когда смывается наросшая микрофлора, и происходит ее залповый выброс, а обеззараживание в катодном пространстве может быть недостаточным для этого экстремального случая.

Кроме того, недостатком прототипа является то, что долговечность такой установки ограничена, во-первых, временем работы механического фильтра до засорения пор, во-вторых, временем появления осадка на катоде, пористой перегородке и стенках катодного пространства (осаждение "солей жесткости"). Отметим, что анолит обладает свойством снимать указанный осадок [Бахир В.М. и др. Способ удаления накипи с поверхности теплообменника. RU 1090664, 1981] .

Целью данного изобретения является создание такого способа и устройства, которые обеспечивали бы в течение длительного времени и с минимальными затратами производство питьевой воды высокого качества, т.е. достижение значений параметров рН и ОВП воды, приближенных по значениям к внутренней среде организма, обеззараживание и очистку воды от механических и растворенных примесей без замены картриджей и демонтажа электродных узлов.

Сущность изобретения заключается в способе обработки исходной воды от напорного источника, включающем, как и прототип, в режиме обработки воды: фильтрование исходной воды в первом фильтре, электрообработку воды постоянным током в катодном пространстве первой электролитической камеры, разделенной пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, направление части потока католита на электрообработку в анодном пространстве первой электролитической камеры, управление распределением потоков католита с помощью вентиля и удаление обработанного католита и анолита. Основные отличия от прототипа состоят в том, что, во-первых, меняется схема обработки воды: дополнительно в режиме обработки воды перед удалением католита производится фильтрование католита во втором фильтре и электрообработка католита постоянным током в катодном пространстве второй электролитической камеры, анолит из первой электролитической камеры направляется в анодное пространство второй электролитической камеры. Во-вторых, дополнительно после осуществления режима обработки воды осуществляется режим эвакуации, при котором очищаются от механических загрязнений первый и второй фильтры. В-третьих, дополнительно после осуществления режима эвакуации осуществляется режим консервации, при котором дезинфицируются и очищаются от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства.

Дезинфицировать и очищать от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства можно путем заливки анолита во внутренние объемы гидравлической системы. Конечно, можно делать это вручную, например, собирать в режиме обработки воды анолит в емкость, сливать воду из системы в режиме эвакуации и в режиме консервации погружать в нее всю систему. Однако удобнее для потребителя автоматизировать этот процесс. Для этого в режиме обработки воды перед удалением обработанной воды анолит из второй электролитической камеры можно направлять в накопительный бачок, а в режиме консервации заливать анолит из накопительного бачка по крайней мере в те внутренние объемы, которые в режиме обработки воды заполнены исходной водой и католитом (остальные объемы и так заполнены анолитом). Перед заливкой анолита в режиме эвакуации нужно слить воду из этих объемов.

Очищать первый и второй фильтры можно путем их продувки водой и/или воздухом. Продувку можно осуществлять и демонтировав фильтры. Однако пользователям было бы удобнее, если эта процедура происходила бы без демонтирования системы и была бы автоматизирована. Для этого продувать фильтры можно прошедшей через фильтры водой и сжатым воздухом, удаляя загрязнения из системы вместе с этой водой и воздухом. Для этого необходимо приготовить сжатый воздух, например, направляя в режиме обработки воды по крайней мере часть исходной воды от напорного источника в один общий воздушный бачок или в два различных воздушных бачка, по одному на фильтр. Очищать фильтры можно, например, в режиме эвакуации путем продувки прошедшей через фильтры водой и сжатым воздухом из указанного воздушного бачка (бачков).

Чтобы выдерживать оптимальный режим обработки при возможных перепадах давления в напорном источнике можно в режиме обработки воды перед электрообработкой в первой электролитической камере регулировать (ограничивать на заданном уровне) напор от напорного источника.

Для контроля за характеристиками получающейся питьевой воды можно дополнительно в режиме обработки воды перед удалением обработанной воды измерять значения рН и ОВП католита путем регистрации сигналов с измерительных электродов, установленных в измерительной камере и контактирующих с католитом. Чтобы увеличить срок службы этих электродов, который ограничивается процессами на поверхности раздела электрод-жидкость, можно ограничить контакт измерительных электродов с католитом перед удалением обработанной воды, например, осуществлять его путем заполнения измерительной камеры католитом на время не менее времени инерционности процесса измерения и не более времени измерения (порядка 1 минуты), с последующей эвакуацией католита из измерительной камеры.

Сущность изобретения заключается в устройстве для обработки исходной воды от напорного источника, которое, как и прототип, содержит первый фильтр и первую электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, причем первый фильтр гидравлически соединен с выходом из напорного источника и со входом в катодное пространство первой электролитической камеры, выход из катодного пространства гидравлически соединен, во-первых, со входом в анодное пространство первой электролитической камеры, во-вторых, с выходом католита, выход из анодного пространства первой электролитической камеры гидравлически соединен с выходом анолита, и между выходом из катодного или анодного пространства первой электролитической камеры и выходом католита или анолита расположен вентиль распределения потоков католита. Основные отличия от прототипа заключаются в том, что устройство, во-первых, дополнительно содержит вторую электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространство, причем вход в анодное пространство второй электролитической камеры гидравлически соединен с выходом из анодного пространства первой электролитической камеры, выход из катодного пространства второй электролитической камеры гидравлически соединен с выходом католита, а выход из анодного пространства второй электролитической камеры гидравлически соединен с выходом анолита. Это обеспечивает возможность достижения оптимальных рН и ОВП католита. Во-вторых, это устройство дополнительно содержит второй фильтр, который гидравлически соединен, с одной стороны, с выходом из катодного пространства первой электролитической камеры, с другой стороны, со входом в катодное пространство второй электролитической камеры. Этот фильтр очищает католит от примесей, выпавших в осадок при прохождении первой электролитической камеры.

Это устройство может дополнительно содержать систему механической очистки первого и второго фильтров от механических загрязнений, гидравлически соединенную с выходами из первого и второго фильтров.

Это устройство может дополнительно содержать систему химической очистки и дезинфекции, гидравлически соединенную с внутренними объемами гидравлической системы устройства.

Система химической очистки и дезинфекции может включать накопительный бачок, гидравлически соединенный, во-первых, с выходом из анодного пространства второй электролитической камеры, во-вторых, с выходом анолита, в-третьих, с дополнительным управляемым краном, который гидравлически соединен с первым и/или вторым фильтром и/или с катодным пространством первой и/или второй электролитической камеры (эти части гидравлической системы должны в первую очередь заливаться анолитом в режиме консервации).

Система механической очистки первого и второго фильтров от механических загрязнений преимущественно содержит систему подготовки сжатого воздуха, гидравлически соединенную с выходами из первого и второго фильтров, и систему эвакуации загрязнений, гидравлически соединенную, с одной стороны, с входами первого и второго фильтров (чтобы обеспечить эвакуацию загрязнений, выдуваемых из фильтров), а также, возможно, с другими местами гидравлической системы (чтобы обеспечить необходимый слив воды), с другой стороны, с выходом в дренаж.

Система подготовки сжатого воздуха может, например, содержать первый воздушный бачок, гидравлически соединенный, во-первых, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с трубопроводом, соединяющим выход напорного источника и вход первого фильтра, во-вторых, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с выходом в дренаж, в-третьих, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с дополнительным вентилем, гидравлически соединенным с трубопроводом, соединяющим выход первого фильтра и дополнительный управляемый кран, гидравлически соединенный с входом в катодное пространство первой электролитической камеры; второй воздушный бачок, гидравлически соединенный, во-первых, с трубопроводом, соединяющим первый воздушный бачок с управляемым краном, во-вторых, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с выходом в дренаж, в-третьих, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с дополнительным вентилем, гидравлически соединенным с трубопроводом, соединяющим выход второго фильтра и дополнительный управляемый кран, гидравлически соединенный с входом в катодное пространство второй электролитической камеры.

Система эвакуации загрязнений может содержать, например, кран, гидравлически соединенный с выходом в дренаж и с трубопроводом, соединяющим выход напорного источника и вход первого фильтра; кран, гидравлически соединенный с выходом в дренаж и с трубопроводом, соединяющим выход из катодного пространства первой электролитической камеры и вход второго фильтра; кран, гидравлически соединенный с выходом в дренаж и с выходом из катодного пространства второй электролитической камеры.

Устройство может дополнительно содержать вентиль управления расходом, гидравлически соединенный с выходом напорного источника и входом первого фильтра, управляемый кран, гидравлически соединенный с выходом напорного источника и входом первого фильтра, редуктор давления, гидравлически соединенный с выходом напорного источника и входом первого фильтра.

Устройство может дополнительно содержать систему контроля рН и ОВП, гидравлически соединенную с выходом католита. Эта система может, например, содержать измерительную камеру с установленными в ней измерительными электродами, которая, с одной стороны, гидравлически связана с трубопроводом, соединяющим выход из катодного пространства второй электролитической камеры и дополнительный управляемый кран, гидравлически связанный с выходом католита, с другой стороны, гидравлически связана с дополнительным вентилем, гидравлически связанным с выходом католита, причем электроды электрически связаны с системой регистрации электрических сигналов.

Идея заявляемого способа заключается в обеспечении процессов механической фильтрации исходной воды, производства обеззараженного католита с осажденными примесями, механической фильтрации примесей из этого католита, оптимизацию значений рН и ОВП очищенного католита при повторной униполярной обработке, использование дезинфицирующих свойств анолита для обеззараживания фильтров для предотвращения развития микрофлоры в режиме консервации, использование химических свойств анолита для снятия осадка с катода, пористой перегородки и стенок катодного пространства, продувку фильтров сжатым воздухом, удаление растворенных и взвешенных примесей, измерение и управление значениями рН и ОВП при конкретных параметрах исходной воды (начальные значения рН и ОВП, общая минерализация, состав примесей и др.). Это создает новое качество - получается высококачественная питьевая вода, а в течение гарантийного срока не требуется замены электродов и механических фильтров. Особенно эффективно это при автоматизации функций очистки и обеззараживания фильтров и снятия осадка. Такое объединение функций нетривиально, т.к. необходимо обеспечить совместную работу нелинейно взаимодействующих подсистем одной разветвленной гидравлической сети, т.е. выдерживать верные соотношения давлений, направления потоков жидкости и воздуха, правильность протекания химических, биохимических и электрохимических процессов, обеспечить механическую прочность хрупких элементов конструкции (например, пористых перегородок электролитических камер), учесть переходные процессы, создать возможность контроля и регулировки основных параметров и т.д.

Анализ показывает, что осуществление данного способа должно включать в себя по крайней мере три разделенных по времени режима: режим обработки воды, при котором получается питьевая вода, режим эвакуации, при котором происходит удаление из системы воды с примесями в виде растворенных веществ и взвеси микрочастиц, а также может происходить продувка фильтров, и режим консервации, при котором дезинфицируют и очищают от осадка внутренние смачиваемые поверхности системы. Цикл работы по данному способу может быть следующим: режим обработки воды - режим эвакуации - режим консервации - режим эвакуации - режим обработки воды и т.д. Оптимальное время работы в режиме обработки воды ограничено снизу временем заполнения анолитом накопительного бачка, и сверху - наименьшим из характерных времен засорения фильтров и выпадения осадка на электродах, достаточного для заметного (например, двукратного) увеличения электрического сопротивления электролитической камеры. Оптимальное время работы в режиме эвакуации близко к наибольшему из времен слива воды из эвакуируемой части системы и продувки фильтров. Оптимальное время работы в режиме консервации ограничено сверху характерным временем сохранения бактерицидных свойств анолита (порядка 3...10 суток).

Технический результат данного изобретения заключается в способе производства очищенной питьевой воды с улучшенными медико-биологическими свойствами (за счет оптимизации рН и ОВП) при потреблении только водопроводной воды и электроэнергии. Технический результат данного изобретения заключается в том, что создается устройство, не требующее замены узлов в течение длительного времени. Экономический результат заключается в том, что питьевая вода, полученная в течение срока службы прибора, оказывается дешевле (с учетом цены устройства, воды и электроэнергии), чем тот же объем питьевой воды, полученный с помощью имеющихся на рынке и широко применяющихся фильтров со сменными картриджами (за счет отсутствия дорогостоящих картриджей и малости эксплуатационных затрат), при этом потребительское качество получаемой в данном устройстве воды выше из-за оптимизации рН и ОВП.

Сущность данного изобретения поясняется чертежами фиг.1-4.

По-видимому, самое простое устройство, реализующее описанный способ, схематически изображено на фиг.1.

Устройство по фиг.1 содержит основной гидравлический путь католита, содержащий последовательно расположенные напорный источник НИ, вентиль управления расходом В0, первый фильтр Ф1, катодное пространство первой электролитической камеры КП ЭК1, второй фильтр Ф2 катодное пространство второй электролитической камеры КП ЭК2, за которым расположен выход католита ВК. Для обеспечения электролиза часть католита из КП ЭК1 направляется в гидравлический путь анолита, содержащий последовательно расположенные анодное пространство первой электролитической камеры АП ЭК1, вентиль распределения потоков католита В3 и анодное пространство второй электролитической камеры АП ЭК2, за которым расположен выход анолита ВА. На данной схеме не показаны электрические цепи, электроды, вентили, приборы контроля и некоторые другие узлы.

На фиг.2 представлена принципиальная схема автоматизированного устройства, реализующего вышеописанный способ обработки воды. Идея этого устройства состоит в объединении в одну автоматизированную гидравлическую схему нелинейно взаимодействующих узлов и подсистем механической фильтрации исходной воды и католита, производства обеззараженного католита с осажденными примесями, повторной униполярной обработки очищенного католита, обеззараживания фильтров, снятия осадка с поверхностей катодного пространства, продувки фильтров сжатым воздухом, удаления растворенных и взвешенных примесей, измерения и управления значениями рН и ОВП.

Устройство по фиг. 2 содержит основной гидравлический путь католита, содержащий последовательно расположенные напорный источник НИ, редуктор давления Р, вентиль управления расходом В0, первый фильтр Ф1, управляемый кран К9, катодное пространство первой электролитической камеры КП ЭК1, второй фильтр Ф2, катодное пространство второй электролитической камеры КП ЭК2, за которым расположен выход католита ВК. Управляемые краны К1...К13, имеющие два положения - "открыто" и "закрыто" - служат для смены режима. Для обеспечения электролиза часть католита из КП ЭК1 направляется в гидравлический путь анолита, содержащий последовательно расположенные анодное пространство первой электролитической камеры АП ЭК1, вентиль распределения потоков католита В3, анодное пространство второй электролитической камеры АП ЭК2, и накопительный бачок НБ системы химической очистки и дезинфекции, за которым расположен выход анолита ВА.

Система подготовки сжатого воздуха содержит первый и второй воздушные бачки ВБ1 и ВБ2, гидравлически соединенные (через управляемые краны), с одной стороны, с выходом напорного источника, с другой - с выходами из фильтров Ф1 и Ф2 (через вентили В1 и В2, управляющие скоростью продувки), с третьей - с выходом в дренаж. Для измерения значений рН и ОВП служит гидравлически соединенная с выходом католита измерительная камера ИК с установленными в ней измерительными электродами (не показаны) и вентилем В4.

На данной схеме не показаны электрические цепи, электроды, приборы контроля, элементы системы автоматики и некоторые другие узлы.

На фиг. 3 показана возможная конструкция воздушного бачка. Штриховкой показана область, занятая водой, точками - сжатым воздухом в режимах обработки воды (а) и эвакуации (б). Обозначения те же, что и на фиг.1, 2, закрытые краны затемнены.

На фиг. 4 показана возможная конструкция накопительного бачка в режиме обработки воды (обозначения те же, что и на фиг.1, 2, 3).

Работа устройства по фиг.1 осуществляется следующим образом.

В режиме обработки воды вода проходит путь НИ - Ф1 - КП ЭК1 - Ф2 - КП ЭК2 - ВК, на выходе получаем питьевую воду. Суммарный расход воды устанавливается с помощью В0. Часть католита из выхода КП ЭК1 направляется по пути: АП ЭК1 - В3 - АП ЭК2 - ВА, на выходе получаем анолит. Относительный расход анолита и католита m'+/m'- регулируется с помощью В3 и количественно зависит от относительного сопротивления В3 и фильтра Ф2.

При режиме эвакуации происходит удаление из системы воды, и для продувки фильтры могут отстыковываться от системы.

Режим консервации, при котором дезинфицируют и очищают от осадка внутренние смачиваемые поверхности системы, может осуществляться с помощью погружения устройства в емкость с анолитом, набранным в течение режима обработки воды.

Работа устройства по фиг.2 осуществляется следующим образом.

В режиме обработки воды, при котором получается питьевая вода, закрыты управляемые краны К1, К2, К3, К5, К7, К8, К11, К12 (см. фиг.2), остальные управляемые краны открыты. Напор от НИ регулируется с помощью Р, суммарный расход воды устанавливается с помощью В0. Вода проходит путь НИ - Ф1 - КП ЭК1 - Ф2 - КП ЭК2 - ВК, на выходе получаем питьевую воду. При необходимости измерения рХ и рН на небольшое время закрывают кран К 13, и католит поступает в ИК. После заполнения ИК кран К 13 открывают, католит стекает в ВК со скоростью, определяемой с помощью В4. Часть католита из выхода КП ЭК1 направляется по пути: АП ЭК1 - В3 - АП ЭК2 - НБ - ВА, на выходе получаем анолит. Относительный расход анолита и католита m'+/m'- регулируется с помощью В3 и количественно зависит от относительного сопротивления В3 и фильтра Ф2. При этом в НБ создается и постоянно обновляется запас анолита. Под напором НИ вода поступает в ВБ1 и ВБ2, сжимая находящийся там воздух до давления, определяемого Р. При этом происходит подготовка сжатого воздуха для последующей продувки фильтров.

После режима обработки воды осуществляется режим эвакуации, связанный со сливом воды и продувкой фильтров. В этом режиме закрыты управляемые краны К3, К4, К6, К8, К9, К10, К11 (см. фиг.2), остальные управляемые краны открыты. Под давлением сжатого воздуха в бачках ВБ1 и ВБ2 фильтры Ф1 и Ф2 продуваются вначале водой, до этого прошедшей через них, и затем воздухом. Скорость продувки фильтров Ф1 и Ф2 управляется отдельно с помощью вентилей В1 и В2, а объем продувки определяется объемами ВБ1 и ВБ2. Вода и воздух с загрязнениями, удаленными из фильтров, выходят в дренаж через краны К1 и К2. Через эти же краны сливается вода из электролитических камер, в первую очередь из катодных пространств КП ЭК1 и КП ЭК2.

После режима эвакуации осуществляется режим консервации. В этом режиме закрыты управляемые краны К1, К2, К4, К5, К6 (см. фиг.2), остальные управляемые краны открыты. Анолит из накопительного бачка НБ заливается в гидравлическую систему. Анолит заполняет объемы, освобожденные при режиме эвакуации, в первую очередь Ф1, Ф2, КП ЭК1, КП ЭК2 (в АП ЭК1, АЛ ЭК2 анолит был еще при режиме обработки воды и может остаться при режимах эвакуации и консервации). Конструкция трубки выхода католита предусматривает, что анолит при заливке не выливается по этой трубке наружу. Одновременно с заливкой анолита сливается вода из воздушных бачков ВБ1 и ВБ2, они заполняются воздухом. После переходного процесса основная гидравлическая система залита анолитом, а воздушные бачки ВБ1, ВБ2, НБ и ИК заполнены воздухом без заметного избыточного давления. В таком состоянии система может находится в течение длительного времени. При этом происходит дезинфекция всей системы (особенно фильтров) и растворение осадка на стенках (особенно в катодных пространствах).

После режима консервации вновь включают режим эвакуации, т.е. закрыты управляемые краны К3, К4, К6, К8, К9, К10, К11 (см. фиг.2), остальные управляемые краны открыты. Из системы (в первую очередь из фильтров и катодных пространств) удаляется в дренаж анолит с растворенными загрязнениями. Т.к. подготовка сжатого воздуха в режиме консервации не происходит, то фильтры не продуваются.

После режима эвакуации вновь осуществляется режим обработки воды.

Изобретение относится к водоподготовке, в частности к обеззараживанию и очистке воды от взвесей, примесей, тяжелых металлов, приданию параметров по кислотности и окислительно-восстановительному потенциалу, близким к внутренней среде человеческого организма, например, для получения высококачественной питьевой воды. Исходную воду от напорного источника в режиме обработки воды подают на фильтрование в первом фильтре. Затем воду обрабатывают постоянным током в катодном пространстве первой электролитической камеры, разделенной пористой перегородкой на анодное и катодное пространства, направляют часть потока католита на электрообработку в анодное пространство первой электролитической камеры, управляют распределением потоков католита с помощью вентиля и удаляют обработанные католит и анолит. Дополнительно в режиме обработки воды перед удалением католита производят фильтрование католита во втором фильтре и электрообработку католита постоянным током в катодном пространстве второй электролитической камеры. Анолит из первой электролитической камеры направляют в анодное пространство второй электролитической камеры. После осуществления режима обработки воды осуществляют режим эвакуации, при котором очищают от механических загрязнений первый и второй фильтры. После осуществления режима эвакуации осуществляют режим консервации, при котором дезинфицируют и очищают от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства. Технический эффект - обеспечение в течение длительного времени и с минимальными затратами производства питьевой воды высокого качества, т. е. достижение значений параметров рН и окислительно-восстановительного потенциала воды, приближенных по значениям к внутренней среде организма, обеззараживание и очистка воды от механических и растворенных примесей без замены картриджей и демонтажа электродных узлов. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ обработки исходной воды от напорного источника, включающий в режиме обработки воды фильтрование исходной воды в первом фильтре, электрообработку воды постоянным током в катодном пространстве первой электролитической камеры, разделенной пористой перегородкой на анодное и катодное пространства, направление части потока католита на электрообработку в анодном пространстве первой электролитической камеры, управление распределением потоков католита с помощью вентиля и удаление обработанного католита и анолита, отличающийся тем, что дополнительно в режиме обработки воды перед удалением католита производят фильтрование католита во втором фильтре и электрообработку католита постоянным током в катодном пространстве второй электролитической камеры, анолит из первой электролитической камеры направляют в анодное пространство второй электролитической камеры, дополнительно после осуществления режима обработки воды осуществляют режим эвакуации, при котором очищают от механических загрязнений первый и второй фильтры, дополнительно после осуществления режима эвакуации осуществляют режим консервации, при котором дезинфицируют и очищают от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в режиме консервации дезинфицируют и очищают от осадка внутренние смачиваемые поверхности устройства путем заливки анолита во внутренние объемы гидравлической системы. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в режиме обработки воды перед удалением обработанной воды анолит из второй электролитической камеры направляют в накопительный бачок, а в режиме консервации заливают анолит из накопительного бачка по крайней мере в те внутренние объемы, которые в режиме обработки воды заполнены исходной водой и католитом. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что в режиме эвакуации сливают воду по крайней мере из тех внутренних объемов, которые в режиме обработки воды заполнены исходной водой и католитом. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищают первый и второй фильтры путем продувки прошедшей через фильтры водой и сжатым воздухом и удаления загрязнений из системы вместе с этой водой и воздухом. 6. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что дополнительно в режиме обработки воды приготавливают сжатый воздух, направляя по крайней мере часть исходной воды от напорного источника в по крайней мере один воздушный бачок, а в режиме эвакуации очищают первый и второй фильтры путем продувки прошедшей через фильтры водой и сжатым воздухом из по крайней мере одного воздушного бачка. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно в режиме обработки воды перед электрообработкой в первой электролитической камере регулируют напор от напорного источника. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно в режиме обработки воды перед удалением обработанной воды измеряют значения рН и окислительно-восстановительного потенциала католита путем регистрации сигналов с измерительных электродов, установленных в измерительной камере и контактирующих с католитом. 9. Способ по пп.1 и 8, отличающийся тем, что контакт измерительных электродов с католитом перед удалением обработанной воды осуществляют путем заполнения измерительной камеры католитом на время не менее времени инерционности процесса измерения и не более времени измерения, с последующей эвакуацией католита из измерительной камеры. 10. Устройство для обработки исходной воды от напорного источника, содержащее первый фильтр и первую электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространства, причем первый фильтр гидравлически соединен с выходом из напорного источника и со входом в катодное пространство первой электролитической камеры, выход из катодного пространства гидравлически соединен, во-первых, с входом в анодное пространство первой электролитической камеры, во-вторых, с выходом католита, выход из анодного пространства первой электролитической камеры гидравлически соединен с выходом анолита и между выходом из катодного или анодного пространства первой электролитической камеры и выходом католита или анолита расположен вентиль распределения потоков католита, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вторую электролитическую камеру, разделенную пористой перегородкой на анодное и катодное пространства, причем вход в анодное пространство второй электролитической камеры гидравлически соединен с выходом из анодного пространства первой электролитической камеры, выход из катодного пространства второй электролитической камеры гидравлически соединен с выходом католита, а выход из анодного пространства второй электролитической камеры гидравлически соединен с выходом анолита, дополнительно содержит второй фильтр, который гидравлически соединен, с одной стороны, с выходом из катодного пространства первой электролитической камеры, с другой стороны, со входом в катодное пространство второй электролитической камеры, дополнительно содержит систему механической очистки первого и второго фильтров от механических загрязнений, гидравлически соединенную с выходами из первого и второго фильтров, и дополнительно содержит систему химической очистки и дезинфекции, гидравлически соединенную с внутренними объемами гидравлической системы устройства. 11. Устройство по п.10, в котором система химической очистки и дезинфекции включает, по крайней мере, один накопительный бачок, гидравлически соединенный, во-первых, с выходом из анодного пространства второй электролитической камеры, во-вторых, с выходом анолита, в-третьих, с дополнительным управляемым краном, который гидравлически соединен с первым и/или вторым фильтром и/или с катодным пространством первой и/или второй электролитической камеры. 12. Устройство по п.10, в котором система механической очистки первого и второго фильтров от механических загрязнений содержит систему подготовки сжатого воздуха, гидравлически соединенную с выходами из первого и второго фильтров, и систему эвакуации загрязнений, гидравлически соединенную, с одной стороны, по крайней мере, с входами первого и второго фильтров, с другой стороны, с выходом в дренаж. 13. Устройство по пп. 10 и 12, в котором система подготовки сжатого воздуха содержит первый воздушный бачок, гидравлически соединенный, во-первых, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с трубопроводом, соединяющим выход напорного источника и вход первого фильтра, во-вторых, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с выходом в дренаж, в-третьих, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с дополнительным вентилем, гидравлически соединенным с трубопроводом, соединяющим выход первого фильтра и дополнительный управляемый кран, гидравлически соединенный с входом в катодное пространство первой электролитической камеры; второй воздушный бачок, гидравлически соединенный, во-первых, с трубопроводом, соединяющим первый воздушный бачок с указанным выше управляемым краном, во-вторых, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с выходом в дренаж, в-третьих, с дополнительным управляемым краном, гидравлически соединенным с дополнительным вентилем, гидравлически соединенным с трубопроводом, соединяющим выход второго фильтра и дополнительный управляемый кран, гидравлически соединенный с входом в катодное пространство второй электролитической камеры. 14. Устройство по пп.10, 12, 13, в котором система эвакуации загрязнений содержит дополнительный управляемый кран, гидравлически соединенный с выходом в дренаж и с трубопроводом, соединяющим выход напорного источника и вход первого фильтра, дополнительный кран, гидравлически соединенный с выходом в дренаж и с трубопроводом, соединяющим выход из катодного пространства первой электролитической камеры и вход второго фильтра, и дополнительный кран, гидравлически соединенный с выходом в дренаж и с выходом из катодного пространства второй электролитической камеры. 15. Устройство по п. 10, дополнительно содержащее вентиль управления расходом, гидравлически соединенный с выходом напорного источника и входом первого фильтра. 16. Устройство по п.10, дополнительно содержащее дополнительный управляемый кран, гидравлически соединенный с выходом напорного источника и входом первого фильтра. 17. Устройство по п. 10, дополнительно содержащее редуктор давления, гидравлически соединенный с выходом напорного источника и входом первого фильтра. 18. Устройство по п.10, дополнительно содержащее систему контроля рН и окислительно-восстановительного потенциала, гидравлически соединенную с выходом католита. 19. Устройство по пп.10 и 18, в котором система контроля рН и окислительно-восстановительного потенциала содержит измерительную камеру с установленными в ней измерительными электродами, которая с одной стороны гидравлически связана с трубопроводом, соединяющим выход из катодного пространства второй электролитической камеры и дополнительный управляемый кран, гидравлически связанный с выходом католита, с другой стороны гидравлически связана с дополнительным вентилем, гидравлически связанным с выходом католита, причем электроды электрически связаны с системой регистрации электрических сигналов.