УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/461 C02F103/04 

Изобретение относится к обработке воды, а именно, к обработке воды электрохимическими способами, и может быть использовано для получения чистой воды, а также экологически чистых активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов.

Известно устройство для электрохимической обработки воды содержащее электрохимический реактор в виде одного диафрагменного проточного электролитического элемента, анодная и катодная камеры которого выполнены со входами в нижней и выходами в верхней частях, источник тока. соединенный с электродами камер, линию подвода обрабатываемой воды, соединенную с входом анодной камеры, выход которой через регулятор расхода соединен с входом катодной камеры, линию отвода обработанной воды с последовательно установленными по ходу продукта промежуточной емкостью для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и католитическим реактором, соединенную с выходом анодной камеры, и дренажную линию, соединенную с выходом катодной камеры [1].

Устройство реализует технологический процесс анодной очистки воды "Сапфир", при котором в процессе очистки вода обогащается кислородом, что полезно для лиц с пониженной кислотностью в желудке, так как способствует доокислению недоокисленных продуктов в желудочной среде. Одновременно осуществляется и очистка воды от микроорганизмов всех видов и форм, фенолов, других органических соединений, удаление из воды ионов тяжелых металлов, вместе с тем функциональные возможности устройства ограничены, поскольку в нем отсутствуют технические средства катодной обработки питьевой воды, которая сообщала бы ей востановительные (электродонорные, антиоксидантные) свойства.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, содержащее два электрохимических реактора, каждый из которых выполнен в виде диафрагменного проточного электролитического модульного элемента с анодной и катодной камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, источник тока, соединенный с соответствующими электродами камер реактора, линию подвода исходной воды, соединенную с входом анодной камеры первого реактора, выход которой по одной линии подачи воды соединен через регулятор расхода со входом анодной камеры второго реактора, а по другой - через последовательно установленные по ходу продукта промежуточную емкость для выдерки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор, соединенный со входом катодной камеры второго реактора, выход которой соединен с линией отвода обработанной воды, при этом выход анодной камеры второго реактора по линии вывода воды соединен со входом катодной камеры первого реактора, выход которой соединен с линией дренажа. [2].

Устройство реализует технологический процесс катодной очистки воды "Кристалл" от микроорганизмов всех видов и форм, органических соединений, включая фонолы, избытка солей ионов тяжелых металлов, а также ионов нитратов, нитритов, сульфатов. Вместе с тем, функциональные возможности устройства также ограничены, поскольку в нем отсутствует возможность получения очищенной воды по технологическому процессу "Сапфир", что при коллективном пользовании предопределяет необходимость установки на водопроводной сети одновременно обоих устройств. Особенно этот недостаток проявляется при семейном пользовании, когда для одних ее членов предпочтительной является вода, обогащенная кислородом, а для других - подвергнутая катодной очистке. И этот недостаток усиливается достаточно высокой стоимостью установок.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, содержащее электрохимический реактор в виде одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента, анодная и катодная камеры которого выполнены со входами в нижней и выходами в верхних частях, источник тока, соединенный с электродами камер, линию подвода обрабатываемой воды, соединенную со входами обеих камер, и приспособление для дозирования хлорида натрия в воду, соединенное с этой линией. Смешанная с концентрированным (более 100 г/л) раствором поваренной соли в водоструйном насосе вода одновременно подается на входы анодной и катодной камер реактора, где при включении источника постоянного тока проходит стадию электрохимической обработки, при этом на выходе анодной камеры получают электрохимический активированный раствор анолита А (рН > 5,0; ОВП+800...+1200 мВ), а на выходе катодной камеры - раствор католита К (рН > 9,0; ОВП=-700...-820 мВ). Устройство наиболее близко к изобретению по совокупности существенный признаков и принято в качестве прототипа [3].

Устройство обеспечивает получение конечных продуктов (моющего и дезинфицирующего медицинских растворов) по наиболее простой и надежной схеме, вместе с тем его функциональные возможности даже в медицинской практике ограничены, поскольку в анолите А высоко содержание свободного хлора, вследствие чего он обладает повышенными коррозионной активностью и токсичностью. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность получения доочищенной питьевой воды по технологическим процессам, описанным в [1], [2].

Задача изобретения состоит в создании устройства для электрохимической обработки воды с электрохимическим реактором в виде одного диафрагменного проточного электролитического элемента, которое при коллективном, в частности семейном, пользовании обеспечивало бы возможность выбора каждому из пользователей наиболее приемлемого для него варианта получения очищенной воды, что существенно расширило бы функциональные возможности устройства при одновременном значительном снижении стоимости и при этом имелась бы возможность получения ряда экологически чистых активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов, преимущественно для медицины и пищевой промышленности.

Задача решается тем, что в устройство для электрохимической обработки воды, содержащее электрохимический реактор, выполненный в виде одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента с анодной и катодной камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, источник тока, соединенный с соответствующими электродами камер реактора, первую и вторую линии отвода очищенной воды и линию подвода исходной воды, согласно изобретению введены первый и второй синхронно работающие переключатели потоков очищенной воды, первая и вторая линии подачи очищенной воды, гидравлическое сопротивление, установленное в первой линии отвода очищенной воды, соединенной с первым выходом первого и вторым выходом второго указанных переключателей, промежуточная емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор, последовательно установленные по ходу продукта во второй линии отвода очищенной воды, соединенной со вторым выходом первого и первым выходом второго указанных переключателей, дополнительная линия подачи очищенной воды, первый и второй синхронно работающие переключатели потоков воды реактора, установленные соответственно на его входе и выходе, при этом линия подвода исходной воды соединена с первым входом первого переключателя потоков воды, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входами анодной и катодной камер реактора, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго переключателя потоков воды, первый выход которого по первой и дополнительной линиям подачи очищенной воды соединен соответственно со входом первого переключателя потока очищенной воды и вторым входом первого переключателя потоков воды, а вход второго переключателя потока очищенной воды по второй линии подачи очищенной воды соединен со вторым выходом второго переключателя потоков воды.

Целесообразно ввести в устройство приспособление для дозирования хлорида натрия в воду и установить его в линии повода исходной воды.

При использовании изобретения может быть получен технический результат выражающийся в:
- возможности выбора и регулирования физико-химических свойств воды в процессе очистки (водородный показатель рН и окислительно-восстановительный потенциал - ОВП), что обусловлено наличием в однореакторном устройстве пары установленных на входе и выходе реактора переключателей потоков воды в его камерах для регулирования указанных характеристик;
- возможности получения электрохимически активированных растворов для мойки, дезинфекции и стерилизации оборудования, в частности медицинского, что обусловлено возможностью установки в устройстве приспособления для дозирования хлорида натрия в воду;
- значительном снижении материалоемкости и трудозатрат при изготовлении однореакторного универсального устройства вместо, по меньшей мере, двух отдельных устройств, необходимых для получения чистой воды с заданными свойствами, что в конечном итоге позволяет резко снизить его стоимость.

Другие преимущества заявленного изобретения будут видны из описания и чертежа, где изображена его принципиальная гидравлическая схема, на которой обозначено:
1 - электрохимический реактор (RPE) в виде одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента,
2 - анодная камера реактора 1,
3 - катодная камера реактора 1,
4 - линия подвода исходной воды,
5 - насос (Р),
6 - вентиль регулирующий (V),
7 - емкость с концентрированным раствором поваренной соли (NaCl),
8 - первый переключатель потоков воды ректора,
9 - второй переключатель потоков воды ректора,
10 - первый переключатель потока очищенной воды,
11 - второй переключатель потока очищенной воды,
12 - первая линия подачи очищенной воды реактора,
13 - вторая линия подачи очищенной воды реактора,
14 - первая линия отвода очищенной воды,
15 - вторая линия отвода очищенной воды,
16 - первый вход переключателя 8,
17 - второй вход переключателя 8,
18 - первый выход переключателя 8,
19 - второй выход переключателя 8,
20 - первый вход переключателя 9,
21 - второй вход переключателя 9,
22 - первый выход переключателя 9,
23 - второй выход переключателя 9,
24 - дополнительная линия подачи очищенной воды,
25 - промежуточная емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций (Et),
26 - каталитический реактор (С),
27 - гидравлическое сопротивление (R) в линии 14,
28 - первый выход переключателя 10,
29 - второй выход переключателя 10,
30 - первый выход переключателя 11,
31 - второй выход переключателя 11.

Как видно из схемы устройства, на входе и выходе реактора 1 установлены первый переключатель 8 и второй переключатель 9, соединенные друг с другом так, что они одновременно могут изменять направления потоков воды реактора, при этом входы анодной 2 и катодной 3 камер соединены соответственно с первым 18 и вторым 19 выходами переключателя 8, а выходы этих камер соединены соответственно с первым 20 и вторым 21 входами переключателя 9, первый выход которого по первой линии 12 подачи очищенной воды соединен со входом первого переключателя 10 и по дополнительной линии 24 подачи очищенной воды соединен со вторым входом 17 первого переключателя 8. Вход второго переключателя 11 по второй линии 13 подачи очищенной воды соединен со вторым выходом переключателя 9, а первый вход переключателя 8 соединен с линией 4 подвода исходной воды, к которой может быть подключено приспособление для дозирования раствора соли, например хлорида натрия, в воду, включающее насос 5, вентиль 6 и емкость 7 с раствором соли. Первая линия 14 отвода очищенной воды соединена с первым выходом 28 переключателя 10 и вторым выходом 31 переключателя 11, и в ней установлено гидравлическое сопротивление 27, а вторая линия 15 отвода очищенной воды соединена со вторым выходом 29 переключателя 10, и в ней по ходу продукта последовательно установлены промежуточная емкость 25 и каталитический реактор 26. Переключатели 10 и 11 соединены друг с другом так, что они одновременно могут изменять направление потоков очищенной воды.

Устройство работает следующим образом. Для получения анодно-обработанной питьевой воды переключатели 10 и 11 выходами 29 и 31 соединяют соответственно с линиями 15 и 14, гидравлическое сопротивление 27 в последней настраивают на капельную подачу, а входы 16, 17 переключателя 8 и входы 20, 21 переключателя 9 соединяют соответственно с их выходами 18, 19 и 22, 23. Исходная вода по линии 4 поступает в камеру 2, с выхода которой по линиям 12 и 15 идет к потребителю. Одновременно по линии 24 вода подается на вход камеры 3, с выхода которой по линиям 13 и 14 уходит в дренаж. Таким образом устройство осуществляет очистку воды по технологическому процессу "Сапфир",
Для получения катодно-обработанной воды переключатели 10 и 11 оставляют в прежнем положении, а входы 16, 17 переключателя 8 и входы 20, 21 переключателя 9 соединяют соответственно с их выходами 19, 18 и 23, 22. Вода по линии 4 поступает в камеру 3, с выхода которой по линиям 12 и 15 идет к потребителю. Одновременно по линии 24 она подается на вход камеры 2, с выхода которой по линиям 13 и 14 уходит в дренаж.

Для получения анодно-катодно-обработанной воды переключатели 10 и 11 устанавливают в положение, показанное на схеме устройства, а переключатели 8 и 9 возвращают в положение первого из описанных режимов. Вода по линии 4 поступает в камеру 2, где проходит предварительную анодную обработку, затем по линии 24 через вход 17 переключателя 8 подается в камеру 3, проходит окончательную катодную обработку и по линиям 13 и 15 идет к потребителю. Одновременно с выхода камеры 2 вода по линии 12 и 14 уходит в дренаж. Таким образом устройство осуществляет очистку воды по технологическому процессу "Изумруд"-Схема Изумруд - М [4].

Для получения катодно-анодно-обработанной воды переключатели 10 и 11 оставляют в прежнем положении а переключатели 8 и 9 устанавливают в положение второго из описанных режимов. Вода по линии 4 поступает в камеру 3, где проходит предварительную катодную обработку, затем по линии 24 она подается на вход камеры 2, где проходит окончательную анодную обработку, и с ее выхода по линиям 13 и 15 идет к потребителю. Одновременно вода с выхода камеры 3 по линиям 12 и 14 уходит в дренаж.

Для получения экологически чистых активированных моющих дезинфицирующих и стерилизующих растворов к линии 4 подсоединяют приспособление для дозирования хлорида натрия в воду, открывают вентиль 6, при этом обе пары переключателей устанавливают в положение, соответствующее режиму "Сапфир", выравнивают проходные сечения линий 15 и 14, уменьшая гидравлическое сопротивление 27 в последней, а напряжение на электродах реактора 1 понижают до 12 В. При включении насоса 5 и установке соответствующей концентрации раствора в емкости 7 по линии 15 отвода очищенной воды можно получить анолит любого типа в соответствии с его назначением. При этом могут быть использованы хлориды металлов, например, магния или калия. С выхода линии 14 одновременно можно получить анодно-катодно-обработанные растворы, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

Устройство прошло всесторонние испытания с обеспечением стабильного получения заданного продукта с производительностью 20 литров в час, которая может быть повышена путем увеличения количества модульных элементов в реакторе 1 путем компоновки их в блок.

Источники информации
1. Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы. М., Академия медико-технических наук РФ, 1999, с.117-118, рис.6.2.

2. То же, с.118-119, рис.6.3.

3. То же, с.36-38, рис.4.1 - прототип.

4. В. М. Бахир. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды. М.: Академия медико-технических наук РФ, 1999, с.68, рис.14.

Изобретение относится к обработке воды, а именно к обработке воды электрохимическими способами, и может быть использовано для получения чистой воды, а также экологически чистых активированных моющих, дезинфицирующих и стерилизующих растворов. Устройство для электрохимической обработки воды содержит электрохимический реактор 1 с анодной 2 и катодной 3 камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, линию подвода исходной воды и первую 14 и вторую 15 линии отвода очищенной воды. Для расширения функциональных возможностей введены первый 8 и второй 9 синхронно работающие переключатели потоков воды реактора, установленные соответственно на его входе и выходе, первый 10 и второй 11 синхронно работающие переключатели потоков очищенной воды, первая 12 и вторая 13 линии подачи очищенной воды, соединенные соответственно со входами переключателей 10, 11 и первым и вторым выходами 22, 23 24 переключателя 9. Дополнительная линия 24 подачи очищенной воды соединена с выходом 22 переключателя 9 и вторым входом 17 переключателя 8. Первый вход переключателя 8 соединен с линией 4 подвода исходной воды. При этом первый и второй выходы 18, 19 переключателя 8 и первый и второй входы 20, 21 переключателя 9 соединены соответственно со входами и выходами анодной 2 и катодной 3 камер реактора 1, а первая и вторая линии отвода 14, 15 соединены соответственно с первым выходом 28 переключателя 10, вторым выходом 31 переключателя 11, вторым выходом 29 переключателя 10 и первым выходом 30 переключателя 11. Технический эффект - возможность выбора и регулирования физико-химических свойств воды в процессе очистки, снижение материалоемкости и трудозатрат. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для электрохимической обработки воды, содержащее электрохимический реактор, выполненный в виде одного диафрагменного проточного электролитического модульного элемента с анодной и катодной камерами, имеющими входы в нижней и выходы в верхней частях, источник тока, соединенный с соответствующими электродами камер реактора, первую и вторую линии отвода очищенной воды и линию подвода исходной воды, отличающееся тем, что оно содержит первый и второй синхронно работающие переключатели потоков очищенной воды, первую и вторую линии подачи очищенной воды, гидравлическое сопротивление, установленное в первой линии отвода очищенной воды, соединенной с первым выходом первого и вторым выходом второго указанных переключателей, промежуточную емкость для выдержки во времени реакционной среды до завершения химических реакций и каталитический реактор, последовательно установленные по ходу продукта во второй линии отвода очищенной воды, соединенной со вторым выходом первого и первым выходом второго указанных переключателей, дополнительную линию подачи очищенной воды, первый и второй синхронно работающие переключатели потоков воды реактора, установленные соответственно на его входе и выходе, при этом линия подвода исходной воды соединена с первым входом первого переключателя потоков воды, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входами анодной и катодной камер реактора, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго переключателя потоков воды, первый выход которого по первой и дополнительной линиям подачи очищенной воды соединен соответственно со входом первого переключателя потока очищенной воды и вторым входом первого переключателя потоков воды, а вход второго переключателя потока очищенной воды по второй линии подачи очищенной воды соединен со вторым выходом второго переключателя потоков воды. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит приспособление для дозирования хлорида натрия в воду, установленное в линии подвода исходной воды.