СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2010 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к способам электрохимической очистки воды и может найти применение в различных областях для очистки, обеззараживания и улучшения вкусовых, органолептических и биологически активных свойств воды.

Известно устройство, которое содержит как минимум две последовательно соединенные мембранные электрохимические ячейки, через которые последовательно проходит очищаемая вода, при этом конструкция включает вихревую камеру и емкость с катализатором [1]. Устройство также может содержать флотатор, например [2], в котором происходит отделение загрязнений из очищаемой воды, - недостатком известных установок является недостаточная степень очистки воды из-за конструктивной возможности смешивания очищаемого потока с продуктами электролиза и коагулянтом, как в катодной, так и в анодной камерах (по крайней мере в одной из них), происходит контактирование очищаемой воды с рабочими электродами - катодом или анодом (при этом предъявляются очень высокие требования к качеству электродов, к их покрытию и электрохимической стойкости, что значительно удорожает установку), из-за этого возникает необходимость дополнительного применения флотаторов, катализаторов, поглотителей или ионообменных смол для доочистки воды и отделения ее от загрязнений - продуктов электролиза воды, разложения электродов и коагулянтов.

Известны устройства активации жидкости «Аквадиск» силовыми полями для придания им полезных свойств [3]. Недостатком является ограниченный объем воды для обработки, отсутствие проточного режима и режима очистки воды от примесей.

Известен способ Скворцова и устройство для получения вещества-носителя биоактивного излучения [4], в котором используется суспензия биологически активных лекарственных веществ, спектр которых переносится на структуру воды. Используется в фармакологии при производстве биоактивных препаратов. Недостатком таких устройств является сложность конструкции, недостаточная степень структурирования носителя, так как источником является естественное фоновое поле и отсутствие функции очистки воды и ее электрохимической активации электрическими полями.

Известно также устройство трехкамерного диафрагменного электролизера, наиболее близкого к заявляемому [5] (прототип), но оно требует постоянного контроля состояния катодной диафрагмы, периодического опорожнения электролизера с включением обратного движения воды и регенерации катодной диафрагмы. Оно также обладает недостатками, присущими ранее описанным устройствам [1], [2], так как очищаемая вода проходит под давлением через катодную камеру и непосредственно соприкасается с катодом, к которому должны предъявляться высокие требования по электрокоррозионной стойкости и нерастворимости. При этом происходит насыщение и загрязнение очищаемой воды продуктами катодного электролиза. Прототип также не имеет омагничивателя и не имеет элементов для переноса спектра полезных веществ на структуру воды.

Целью данного изобретения является повышение качества очищенной воды и улучшения вкусовых, органолептических и биоактивных свойств воды при воздействии комбинации полей различной природы и светового луча.

Для повышения степени очистки воды и улучшения ее качества авторами предложено использовать метод многомембранного трехкамерного электролиза с одновременным насыщением воды ионами кремния и серебра при воздействии электрического, магнитного полей и влияния активных кристаллических веществ при воздействии на них светового луча и электромагнитного поля выбранного диапазона.

В настоящее время разработаны основы теории активации жидкофазного состояния вещества, базовые методы диагностики активированного состояния сред и основы методов управления энергетическими и информационными свойствами жидкофазных систем, что создает предпосылки для развития новых технологий активации сред и биообъектов.

Следует отметить, что раскрытие физических механизмов "памяти" и сохранения позитивных структурных характеристик в водных системах позволит в перспективе решить такие жизненно важные для человечества задачи, как продление жизни, восстановление нарушенных экосистем, социума и биосферы в целом [6].

Известно, что соли и соединения, растворимые в воде, диссоциируют на катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы), которые двигаются в электрическом поле к аноду или катоду соответственно. На этом принципе основана работа мембранных электролизеров, в которых жидкость разделяется на «анолит» и «католит», проходя в электрическом поле через мембрану, которая препятствует соединению разделенных ионов. При использовании многомембранных (содержащих две разделительные мембраны и более) электролизеров в средней камере формируется «нейтральный» поток очищенной воды, который не контактирует непосредственно с электродами. Поскольку во время очистки вода подвергается воздействию электрического поля, она становится электроактивированной, обладая преимуществами и «католита» и «анолита», при этом оставаясь нейтральной в отношении показателя рН.

Поставленная цель реализована в предложенном способе следующим образом. На входе устройства установлен фильтр грубой очистки, который служит для предварительного отделения крупных загрязнений в поступающей воде. Оттуда вода подается в многомембранный электролизер, причем только в среднюю камеру, из которой путем диффузии проникает в анодную и катодную камеры, разделяясь на три потока двумя полупроницаемыми мембранами. Крайние потоки ограничены анодом и катодом соответственно с обеих сторон и являются анодной и катодной проточными камерами с выходными патрубками для получения электроактивированных растворов «анолита» и «католита». Через эти же каналы удаляются анодные и катодные газы и другие продукты электролиза. Очищаемый поток находится в средней части электролизера, который отделен с обеих сторон двумя полупроницаемыми мембранами как от анодной, так и от катодной камер. Этот канал служит для прохода очищаемой воды. В нем установлены элементы, которые формируют извилистый поток таким образом, что вода приближается то к анодной, то к катодной мембране поочередно. В соответствии со своей электрофоретической подвижностью практически все примеси и загрязнения проходят через полупроницаемые мембраны в анодную или катодную камеры, оставляя в среднем канале очищенную воду без примесей. Полупроницаемые мембраны содержат в своей структуре шунгит, кремний и серебро для насыщения очищаемой воды фуллеренами и ионами кремния и серебра. В качестве полупроницаемой мембраны используется композиционный материал, в котором содержится от 10 до 70 вес.% шунгита и от 0,01 до 1,0 вес.% металлического кремния и серебра. Менее 10 вес.% влияние шунгита на очистку воды - неэффективно, более 70 вес.% прочность композиционного материала мембраны значительно снижается и требуются дополнительные меры по ее упрочнению, что экономически не выгодно. При увеличении процента содержания кремния и серебра в материале мембраны более 1,0 вес.% предельно допустимая концентрация (ПДК) для этих металлов в очищаемой воде может быть превышена, что отрицательно отразится на здоровье человека при постоянном употреблении обработанной воды. При снижении концентрации указанных металлов в структуре мембраны ниже 0,01 вес.%, эффективность воды, прошедшей через устройство, практически не изменяется, что делает использование данных включений в структуру мембраны нецелесообразным.

В верхней части устройство содержит омагничиватель, и завихритель в пирамидальном корпусе, и электромагнитный контур, охватывающий контейнер для установки кристалла активного вещества. Вода после электрохимической очистки омывает возбужденный кристалл.

Для возбуждения кристалла используется электромагнитное излучение, диапазон которого выбирается в зависимости от свойств, структуры и волновых характеристик используемого вещества, и луч света.

Генератор электромагнитных колебаний вырабатывает напряжение заданной частоты с длиной волны от 100000 м до 1 мм, подключен к электромагнитному контуру, охватывающему контейнер с кристаллом или биологически активным веществом. Диапазон волн длиной более 100000 м и менее 1 мм лежит за пределами основных резонансов используемых активных веществ, требует специального оборудования, из-за сложности и громоздкости которого авторами в заявляемом способе не применяется.

Для повышения качества воды используется луч света, который облучает содержимое контейнера. Цвет, когерентность, интенсивность и частота света выбраны в зависимости от свойств кристалла (активного вещества) и лежат в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового излучения. Луч света генерируется полупроводниковым лазером и подведен к кристаллу при помощи световода.

Во всех камерах устройства организован непрерывный проточный режим, параметры которого регулируются скоростью потока путем подключения запорных или ограничительных устройств на выходе.

Наличие в предложенном способе компонентов для насыщения очищенной воды ионами кремния и серебра позволяет увеличить полезность воды для организма и увеличить срок ее хранения после очистки. Включение в состав мембран вещества «шунгит» служит для насыщения воды фуллеренами - компонентами шунгита, обуславливающими его полезные свойства для здоровья человека.

Устройство образования водяного вихря (завихритель) состоит из 3 изогнутых лепестков, укрепленных на внутренней поверхности проточной трубки симметрично ее продольной оси, находится перед контейнером в пирамидальном корпусе и позволяет повысить производительность устройства и провести экспозицию воды в полученном вращающемся потоке, что увеличивает полезность воды.

Омагничивающее устройство состоит из 2 кольцевых керамических магнитов, расположенных таким образом, чтобы поток воды проходил между их разноименными полюсами через максимальное магнитное поле.

В контейнер помещается активное вещество, например, кристаллы горного хрусталя - кварца, агата, сердолика, нефрита, алмаза или других драгоценных или полудрагоценных минералов. При этом в качестве поля воздействия используется переменное электромагнитное, постоянное магнитное поле и воздействие луча лазера.

Совокупность всех заявленных признаков в предложенном способе очистки воды обеспечивает реализацию поставленной цели.

Способ позволяет одновременно с очисткой воды получать необходимые количества «анолита» и «католита», параметры которых могут меняться в широких пределах и регулироваться скоростью потока в каждой камере путем подключения запорных или ограничительных устройств на выходе.

В предложенном способе отсутствуют дополнительные ионообменники и флотационные камеры для отделения коагулянтов, что значительно упрощает конструкцию для реализации предложенного способа. Вихревая камера не используется для доочистки, а предназначена лишь для ускорения процесса очистки.

При необходимости насыщения очищаемой воды ионами серебра этот металл включается в состав пористой анодной мембраны, если требуются следовые количества - серебро может находиться в других конструктивных элементах устройства, соприкасающихся с очищенной водой.

Полученная по предложенному способу вода обладает улучшенными вкусовыми, органолептическими и биологически активными свойствами, полностью очищается от микробного загрязнения. По своим параметрам приближается к природной родниковой воде, обладает оздоровительным эффектом за счет содержания фуллеренов из шунгита, ионов кремния и серебра. Предложенный способ позволяет одновременно с электрохимической очисткой воды получать необходимые количества «анолита» и «католита».

Пример 1. На фиг.1 приведена схема устройства, иллюстрирующего реализацию предложенного способа электрохимической очистки воды.

Устройство состоит из электронного блока 1, который содержит блок питания электролизера 1-1, полупроводниковый лазер с блоком питания 1-2 и электронный генератор электромагнитных колебаний 1-3, настроенный на частоту резонанса кристалла кварца. Устройство питается от сети переменного тока 220 В. Над электронным блоком расположен мембранный фильтр грубой очистки и трехканальный конусный электролизер 2 с двумя полупроницаемыми композитными мембранами, которые содержат в своем составе 40 вес.% шунгита, 0,3 вес.% кремния и 0,1 вес.% серебра для насыщения очищаемой воды (см. фиг.2). Анод 8 и катод 14 сделаны в виде металлических конусов, разделенных мембранами, выполненными также в виде тонкостенных конусов 9, 12, вставленных соосно один в другой. Между анодом 8 и анодной полупроницаемой мембраной 9 имеется канал 11 для получения анолита. Верхняя часть канала содержит анодный патрубок 10, через который выводится анолит, и анодные газы. Аналогично между катодом и катодной полупроницаемой мембраной имеется канал для получения католита и катодный патрубок 13, через который выходит католит вместе с катодными газами. Над электролизером расположен омагничиватель 3 и завихритель в пирамидальном корпусе 4. В верхней части конструкции расположен электромагнитный контур, питаемый от генератора 1-3. Он охватывает разборный контейнер 5, в который помещается кристалл горного хрусталя (кварца).

Работает устройство следующим образом. Через входной патрубок 6 (см. фиг.2) в рабочий канал мембранного фильтра 15 поступает вода. Здесь происходит предварительная очистка воды от механических загрязнений. Далее вода поступает в среднюю камеру, рабочий канал которой отделен мембранами от анодной и катодной камер. Проходит в обе камеры, где под воздействием электрического поля разделяется на анолит и католит. В средней камере установлены элементы, которые формируют извилистый поток таким образом, что он приближается то к анодной, то к катодной мембране поочередно (не показаны). Через центральный выходной патрубок, совмещенный со световодом 7, вода выходит в омагничиватель 3, выполненный из керамических кольцевых постоянных магнитов, и далее поступает в завихритель 4, который закручивает поток очищаемой воды. После завихрения вода поступает в контейнер 5, где непосредственно омывает кристалл и подвергается воздействию электромагнитного поля и луча лазера, отраженного от кристалла. Из выходного патрубка (Выход) выходит очищенная вода, содержащая фуллерены, ионы кремния и серебра.

Данным способом была очищена вода из водопровода г.Волгограда и скважин Волго-Ахтубинской поймы. Результаты испытаний, полученные кондуктометрическим и биологическим методами на базе ФГУЗ Волгоградский НИПЧИ Роспотребнадзора, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты сравнительных испытаний питьевой воды (кондуктометрический и биологический метод) № пробы Исходная После фильтра «Аквафор» После заявляемого фильтра Проводимость Микробное загрязнение Проводимость Микробное загрязнение 1 0,67 mSim 0 0,34 mSim 0,27 mSim 0 2 0,72 mSim 14 0,36 mSim 0,31 mSim 0 3 0,76 mSim 42 0,39 mSim 0,32 mSim 0

Из приведенной таблицы следует, что проводимость воды, которая соответствует количеству солей и загрязнений, после однократного прохождения через устройство уменьшилась более чем в 2 раза. Устройство показало более высокую степень очистки по сравнению с известными фильтрами («Аквафор»), полное очищение от микробного загрязнения и высокие вкусовые качества.

Таким образом, полученная вода обладает улучшенными вкусовыми, органолептическими и биологически активными свойствами и полностью очищается от микробного загрязнения. По своим параметрам приближается к природной родниковой воде и обладает оздоровительным эффектом за счет содержания фуллеренов из шунгита, ионов кремния и серебра. Срок хранения воды в закрытой темной посуде при комнатной температуре (наблюдаемый) - 6 месяцев.

Источники информации

1. RU 2133223 C1, C02F 1/46.

2. RU 2096337 C1, C02F 1/46.

3. RU 2182122, C02F 1/48, C02F 103:04.

4. RU 2080132, A61N 1/16.

5. RU 2005125126, C02F 1/00 (прототип).

6. Ермолаев Ю.М., Родионов Б.Н., Родионов Р.Б., Стехин А.А. Основы оценки степени активации и управления свойствами водной среды (реферат). 04.10.2007 www.proryv-si.ru/29·25 КБ.

Изобретение относится к способам электрохимической очистки воды и может найти применение в различных областях для очистки, обеззараживания и улучшения вкусовых и органолептических свойств воды. Способ включает электрохимическую очистку в многомембранном электролизере, при этом после прохождения этапа грубой очистки воду подают только в среднюю камеру электролизера, отделенную полупроницаемыми мембранами от анодной и катодной камер, где вода через полупроницаемые мембраны разделяется на три потока, крайние из которых заполняют боковые анодную и катодную камеры, снабженные патрубками для выхода анолита и католита, при этом посредством элементов, установленных в средней камере, формируют извилистый поток очищаемой воды, который приближается поочередно то к анодной, то к катодной мебране, после выхода из электролизера поток очищаемой воды из средней камеры поступает в омагничивающее устройство, проходит через завихритель, расположенный в пирамидальном корпусе, и попадает в контейнер, где совместно с кристаллом подвергается воздействию света и электромагнитного излучения с длиной волны от 100000 м до 1 мм.

Предложенный способ позволяет одновременно с электрохимической очисткой воды получать необходимые количества электроактивированных растворов «анолита» и «католита». 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ электрохимической очистки воды, включающий электрохимическую очистку в многомембранном электролизере, отличающийся тем, что после прохождения этапа грубой очистки воду подают только в среднюю камеру электролизера, отделенную полупроницаемыми мембранами от анодной и катодной камер, где вода через полупроницаемые мембраны разделяется на три потока, крайние из которых заполняют боковые анодную и катодную камеры, снабженные патрубками для выхода анолита и католита, при этом посредством элементов, установленных в средней камере, формируют извилистый поток очищаемой воды, который приближается поочередно то к анодной, то к катодной мебране, после выхода из электролизера поток очищаемой воды из средней камеры поступает в омагничивающее устройство, проходит через завихритель, расположенный в пирамидальном корпусе, и попадает в контейнер, где совместно с кристаллом подвергается воздействию света и электромагнитного излучения с длиной волны от 100000 м до 1 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кристалла используют драгоценный или полудрагоценный минерал, например агат, сердолик, нефрит, горный хрусталь - кварц, алмаз.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полупроницаемые мембраны выполнены из композиционного материала, включающего от 10 до 70% шунгита, 0,01-1,0% кремния и 0,01-1,0% серебра.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на воду воздействуют лучом лазера с длиной волны от 160 до 1200 нм.