СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 2008 года по МПК C02F1/463 C02F1/465 

Изобретение относится к электрохимической технологии очистки питьевой воды и может быть использовано при разработке и конструировании устройств электрохимической очистки питьевой воды для квартир, офисов, лечебных учреждений, предприятий общественного питания и пр.

Электрохимические методы очистки воды более эффективны по сравнению с другими известными методами (например, сорбционными, мембранными). «Электрохимические процессы достаточно легко автоматизируются и могут обеспечить улучшение практически всех показателей качества воды» (Н.В.Миклашевский, С.В.Королькова. Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. Дюссельдорф, Киев, М., С-Петербург. Изд. гр. «Арлит», 2000, с.154).

Известен способ электрохимической обработки воды путем пропускания ее внутри межэлектродных пространств пакета параллельных растворимых электродов, причем в процессе обработки в соседних межэлектродных пространствах организуют чередующиеся проточный и непроточный режимы путем перекрытия межэлектродных пространств в нижней части. Одновременно изменяют полярность электродов. Образующийся коагулянт удаляют, например, фильтрованием (SU, А, 1165639).

Целью описанного способа является предотвращение пассивации электродов, а не улучшение физико-химических и органолептических свойств воды.

Известен также способ электрохимической очистки питьевой воды (RU патент №2043308), включающий ее обработку с использованием пакета растворимых электродов в непроточном режиме с последующим перемешиванием заземленным токопроводящим предметом и фильтрованием после образования хлопьев коагулянта размером 1,5-2,5 мм.

Недостатком способа является необходимость ряда манипуляций, выполняемых потребителем (перемешивание заземленным токопроводящим предметом, сброс шлама, переливание обработанной воды из реактора, в котором проводилась обработка, в фильтровальное устройство), что требует необходимых навыков и вызывает негативную реакцию у потребителя.

Известен также способ электрохимической очистки питьевой воды (RU №2180322), включающий ее обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов в режиме заполнения реактора, после наполнения которого пакет растворимых электродов отключают и обрабатывают воду в непроточном режиме электрофлотацией, после подъема образовавшегося коагулянта к поверхности электрофлотацию отключают, коагулянт сливают, а обработанную воду фильтруют.

По своему назначению и технической сущности известный способ является близким к предлагаемому техническому решению и по максимальному количеству сходных существенных признаков выбран за прототип.

Недостатками способа, выбранного за прототип, являются «процессы пассивации анодов и адсорбции на них посторонних примесей» (С.В.Яковлев, И.Г.Краснобородько, В.М.Рогов. Технология электрохимической очистки воды. Л., Стройиздат, 1987, с.201).

Кроме того, суммарное количество пузырьков водорода, образующихся на катодах пакета параллельных электродов, не обеспечивает необходимую эффективность флотации хлопьев образовавшегося коагулянта, и часть их остается в обработанной воде в виде тонкодисперсной взвеси.

Целью изобретения является оптимизация электрохимических процессов обработки в автоматическом режиме, а также обеспечение необходимой эффективности флотации хлопьев образовавшегося коагулянта, следствием чего станет существенное улучшение физико-химических и органолептических свойств обработанной питьевой воды.

Сущность изобретения заключается в том, что по предлагаемому способу электрохимической очистки питьевой воды исходную воду обрабатывают пакетом параллельных растворимых электродов в отдельном электродном блоке в проточном режиме, при этом ее непрерывно насыщают водородом, например, из генератора водорода, из электродного блока воду направляют в отстойный реактор, в котором осуществляют электрофлотацию в непроточном режиме, при этом в течение всего периода наполнение реактора и отстоя в нем воды с электрофлотацией, воду насыщают кислородом, например, из генератора кислорода.

После наполнения реактора-отстойника отключают пакет параллельных растворимых электродов, а после подъема образовавшегося коагулянта к поверхности реактора-отстойника отключают электроды электрофлотации и прекращают подачу водорода и кислорода, коагулянт удаляют, а обработанную воду отделяют от остатков тонкодисперсной взвеси, например, фильтрованием.

Введение указанных признаков в способ электрохимической очистки питьевой воды обеспечивает стабилизацию условий анодного растворения в электродном блоке (водород) и окисление органических примесей (в том числе обеззараживание) в реакторе-отстойнике (кислород), что в конечном итоге и обеспечивает необходимую эффективность флотации хлопьев образовавшегося коагулянта и улучшает физико-химические и органолептические свойства обрабатываемой воды.

Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно считать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.

Предлагаемый способ электрохимической очистки питьевой воды, так же как и прототип, включает ее обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов с последующей обработкой электрофлотацией, удалением коагулянта (шлама) и отделением тонкодисперсной взвеси, например, фильтрованием.

В отличие от прототипа по предлагаемому способу воду, подлежащую очистке, обрабатывают пакетом параллельных растворимых электродов в отдельном электродном блоке, в который в течение всего периода обработки подают водород, например, из генератора водорода, а обрабатываемую воду направляют из электродного блока в отдельный реактор-отстойник, в котором подвергают ее электрофлотации. В реактор-отстойник в течение всего периода обработки подают кислород, например, из электролитического генератора газов или озонатора. После наполнения реактора-отстойника пакет растворимых параллельных электродов отключают, прекращают подачу воды и в электродном блоке продолжают насыщение водородом, а в реакторе-отстойнике обрабатывают воду в непроточном режиме электрофлотацией и насыщают кислородом. После подъема коагулянта (шлама) к поверхности электрофлотацию отключают, прекращают подачу газов в электродный блок и реактор-отстойник, коагулянт удаляют, например сливают, а обработанную воду освобождают от остаточной тонкодисперсной взвеси, например, фильтрованием или полочной сепарацией.

Предлагаемый способ электрохимической очистки питьевой воды осуществляют следующим образом. Воду, подлежащую очистке, в режиме прохождения ею электродного блока подвергают электрохимической обработке пакетом параллельных растворимых электродов. При поступлении обрабатываемой воды в электродный блок ее насыщают водородом, например, их электрохимического генератора газов. После прохождения электродного блока воду направляют в реактор-отстойник, где подвергают электрофлотации в режиме наполнения реактора, а в дальнейшем в режиме отстоя. Одновременно с наполнением реактора-отстойника, наряду с электрофлотацией, воду, поступившую в реактор-отстойник, насыщают кислородом, например, из электрохимического генератора или озонатора. Насыщение кислородом продолжается в течение всего периода наполнения реактора-отстойника и периода отстоя. После наполнения реактора-отстойника прекращают подачу питьевой воды в электродный блок, отключают пакет параллельных растворимых электродов и продолжают насыщать воду в электродном блоке водородом. В реакторе-отстойнике идет процесс подъема образовавшегося коагулянта (шлама). После подъема образовавшегося коагулянта (шлама) к поверхности (горловине реактора-отстойника) отключают электроды электрофлотации, прекращают подачу водорода в электродный блок и кислорода в реактор-отстойник, шлам удаляют, например сливают, а основной объем обработанной воды отделяют от оставшихся тончайших тонкодисперсных взвесей коагулянта, например, фильтрованием или полочной сепарацией.

Обработка воды пакетом параллельных растворимых электродов преследует цель образования гидроксидов металла анода, который является основным коагулянтом - (как правило, в качестве анода применяют сплавы алюминия) - гидроксидом алюминия. Однако, наряду с образованием коагулянта, в процессе обработки на аноде образуются пузырьки кислорода, которые, окисляя металл анода, образуют окисные пассивирующие анод пленки. Из электрохимии известно, что присутствующие в любой воде в незначительной концентрации ионы хлора обладают депассивирующим действием, но этого недостаточно для поддержания металла анода в активном состоянии. Из электрохимии известно также, что водород (выделяющийся на катоде) борется с пассивирующим действием кислорода (Н.А.Изгарышев, С.В.Горбачев. Курс теоретической электрохимии. М., - Л. Госхимиздат. 1951. Пассивность металлов. С.423-440). Для усиления этого воздействия по предлагаемому способу производят насыщение водородом воды, протекающей в электродном блоке.

Кроме того, насыщение воды в электродном блоке водородом создает при остановке движения в нем воды практически атмосферу водорода, что, как известно из электрохимии, является фактором активирования (там же).

Кроме того, в этих условиях депассивированию способствуют открытые В.А.Кистяковским «электромотохимические» процессы.

Из электродного блока обрабатываемую воду направляют в реактор-отстойник, в котором подвергают ее электрофлотации (в режиме заполнения реактора и отстоя воды в нем). Известно, что «с помощью мельчайших газовых пузырьков флотируются практически все тонкодисперсные вещества, гидроксиды тяжелых металлов, полимеры, жиры, масла, нефтепродукты, латексы, продукты органического синтеза, поверхностно-активные вещества и т.д.» (Флотационные методы в технологии очистки воды и опытах применения. Баку. АзНИИНТИ, 1990, с.2).

Кроме тонкодисперсных примесей в воде, как правило, присутствуют растворимые органические вещества как природного (гуминовые и фульвокислоты), так и антропогенного происхождения (фенолы, диоксины и прочее), а также микроорганизмы.

Несомненно, что в процессе электрохимической коагуляции и электрофлотации они разрушаются, удаляются, а вода обеззараживается «...следует учитывать, что чем больше жидкости будет иметь непосредственный контакт с поверхностью анода, тем эффективнее будет обеззараживающее действие»... (Б.М.Матов. Электрофлотационая очистки сточных вод. Кишинев, Изд. Молдовеняско, 1982, с.124).

Известно из электрохимии, что кислород, выделяющийся на анодах электрохимических пакетов, является атомарным и его действие на биологическую фазу идентично действию озона.

При насыщении по предлагаемому способу кислородом воды в реакторе-отстойнике с действующими электродами электрофлотации могут протекать реакции соединения молекулярного кислорода и атомарного, т.е. практически образуются молекулы активного озона (В.Ф.Кожинов, И.В.Кожинов. Озонирование воды. М., Стройиздат, 1974, с.10).

В свою очередь, введение кислорода в реактор-отстойник усиливает действие электрофлотации дополнительным воздействием озона.

После подъема коагулянта к горловине реактора-отстойника шлам (коагулянт) удаляют, например сливают, а основную массу воды отделяют от оставшихся тонкодисперсных взвесей, например, фильтрованием.

Для проверки предлагаемого способа электрохимической очистки воды была собрана экспериментальная модель: электродный блок с пакетом параллельных электродов: катодами из нержавеющей стали и анодом из сплава алюминия, емкость реактора-отстойника (5 литров), внутри которой был размещен пакет электродов электрофлотации с катодами из нержавеющей стали и малоизнашиваемыми анодами из графита. Электродный блок и реактор-отстойник соединены шлангом. В нижней части электродного блока к входному штуцеру подсоединен шланг от электрохимического генератора газа, подающий водород. В нижней части реактора-отстойника к штуцеру присоединен шланг от электрохимического генератора газа, подающий кислород. На электроды электродного блока подавалось напряжение постоянного тока 24 Вольта - 2 Ампера. На электроды электрофлотации подавалось напряжение постоянного тока 24 Вольта, 6 миллиампер/см². Обработке подвергли воду из городского водопровода г.Санкт-Петербурга. Профильтрованную после обработки воду анализировали по следующим показателям: мутность, цветность, вкус, запах, перманганатная окисляемость, показатель кислотно-щелочного баланса (рН). Получены следующие результаты:

- мутность, мг/лисх. 0-5;обр. 0-1- цветность, град.исх. 20-30обр. 0-5- вкус, баллыисх. 2-4обр. 0-1- запах, баллыисх. 2-4обр. 0- перманганатная окисляемость, MgO₂/лисх. 12-15обр. 0-2,4- рНисх. 6,2-6,6обр. 6,9-7,2

Полученные результаты позволяют считать предложенный способ электрохимической очистки питьевой воды эффективным, соответствующим цели изобретения.

Изобретение относится к способам электрохимической очистки воды и может быть использовано для разработки и конструирования устройств электрохимической очистки питьевой воды для квартир, офисов, лечебных учреждений, предприятий общественного питания. Исходную воду обрабатывают в проточном режиме в отдельном электродном блоке пакетом параллельных растворимых электродов, направляют в реактор-отстойник, в котором подвергают ее электрофлотации в режиме наполнения и отстоя, при этом воду в электродном блоке в течение всего периода обработки насыщают водородом, а в реакторе-отстойнике - кислородом. После наполнения реактора-отстойника отключают пакет параллельных растворимых электродов и прекращают подачу воды, а после подъема коагулянта к горловине реактора-отстойника отключают электроды электрофлотации, прекращают подачу водорода и кислорода. Образовавшийся коагулянт удаляют, например сливают, обработанную воду фильтруют. Технический эффект - улучшение физико-химических и органолептических свойств питьевой воды.

Способ электрохимической очистки питьевой воды, включающий ее обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов и электрофлотацией в режиме наполнения и отстоя, удаление коагулянта после его подъема к горловине реактора и фильтрование воды, отличающийся тем, что обработку с использованием пакета параллельных растворимых электродов осуществляют в проточном режиме в отдельном электродном блоке, из которого воду направляют в реактор-отстойник, где осуществляют электрофлотацию, при этом в течение всего периода обработки воду в электродном блоке насыщают водородом, а в реакторе-отстойнике - кислородом, после наполнения реактора-отстойника подачу воды прекращают, отключают пакет параллельных растворимых электродов в электродном блоке, а после подъема коагулянта к горловине реактора-отстойника отключают электроды электрофлотации и прекращают подачу водорода и кислорода.