РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/463 C02F1/465 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для очистки вод методом электрофлокуляции, и, в частности, очистки питьевой воды из проточной воды, озер, подземных вод, сточных вод.

Уровень техники

Из уровня техники известно устройство для очистки загрязненной жидкости электрохимическим способом, раскрытое в международной заявке WO 85/05096, опубликованной 21.11.1985. Данное устройство состоит из отстойника, имеющего форму перевернутого конуса (основание), расположенную соосно отстойнику коагуляционную камеру (бак), выполненную в виде усеченного конуса, площадь верхнего основания которого больше площади нижнего основания, пенозаборника и воздушного инжектора (устройство для удаления пены). Электроды и отстойник расположены на расстоянии друг от друга. Пенозаборник в верхней своей части снабжен воздушным инжектором для удаления отходов с поверхности воды. Осаждающиеся частицы удаляются через патрубок.

Недостатком данного устройства является невозможность очистки электродов. Из предшествующего уровня техники известно также устройство очистки воды с помощью электролиза, раскрытое в международной заявке WO 9846531, опубликованной 22.10.1998, которое состоит из наклонного днища в форме перевернутого конуса, резервуара, воронки, к верхней части которой присоединен слив для удаления осадка. Резервуар от днища и до воронки имеет конусную форму, причем поперечное сечение верхнего основания (около воронки) больше поперечного сечения нижнего основания (около днища). Электроды близко расположены к днищу. Осадок поднимается на поверхность воды, собирается в пространстве воронки удаляется через слив. Твердый осадок удаляется через трубу.

В указанном выше устройстве также невозможно обеспечить очистку электродов. Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для очистки сточных вод от взвешенных частиц электрофлотацией, описанное в авторском свидетельстве SU 789408, опубликованном 23.12.1980. Устройство состоит из цилиндрического корпуса (бак) с дном, имеющим форму перевернутого конуса (основание), воронки и трубопровода (слива для хлопьевидного осадка). В цилиндрическом корпусе расположены электроды. Электроды и коническое дно выполнены на расстоянии друг от друга. Воронка расположена в центре корпуса соосно с ним и смонтирована на трубопроводе, т.е. слив выполнен внутренним. Хлопьевидный осадок поднимается на поверхность воды, собирается в воронке и удаляется через трубопровод. Твердый осадок удаляется через патрубок.

Данное устройство в недостаточной степени позволяет произвести очистку электродов, а также имеет малую производительность электродов при очитке воды.

Раскрытие изобретения

Известной проблемой очистки воды методом электрофлокулляции является засорение (забивание) пластинчатых электродов. Для решения данной проблемы изменяли как форму пластин, так и управление электрическим током, тем не менее, проблема не была решена.

Таким образом, задачей настоящего изобретения, является создание устройства для очистки воды, обеспечивающего эффективность работы электродов и отсутствие их засорения.

Техническим результатом является повышение эффективности и производительности электродов в устройстве для очистки воды.

Указанный технический результат достигается с помощью резервуара для очистки воды содержащего бак (2), основание (1) у нижней части бака, расположенный в баке, по меньшей мере, один набор (3) электродов, воронку (8), подсоединенную к верхней части бака, желоб, (4) соединенный с воронкой (8) и сливом (5, 11) для хлопьевидного осадка, и трубопровод (7) для отведения твердого осадка, при этом основание (1) в нижней части выполнено наклонным в сторону трубопровода (7), или основание имеет форму конуса, а бак в своей верхней части имеет поперечное сечение большее, чем в своей нижней части, причем в желобе (4) установлен распылительный клапан (6).

Предпочтительные варианты резервуара для очистки воды в соответствии с настоящим изобретением приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения основание резервуара и место крепления электродов находятся на расстоянии друг от друга, указанное расстояние составляет, предпочтительно, 150 мм.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения электроды расположены ближе к периферийным стенкам бака.

В соответствии с другим вариантом предлагаемого изобретения электроды расположены под углом, который соответствует углу падения капель из распылительного клапана.

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения наклон боковой поверхности воронки может составлять с верхней частью бака угол, предпочтительно 45°.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения слив для осадка выполнен снаружи бака.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения слив для осадка выполнен внутри бака.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан общий вид резервуара для очистки воды;

на фиг.2 показано расположение электродов;

на фиг.3 показано расположение электродов в резервуаре;

на фиг.4 показана схема ускоренного движения ионов в сторону от электродов, расположенных под углом.

Резервуар для очистки воды (фиг.1) содержит основание 1 и бак 2, соединенный с основанием или выполненный за одно целое с ним. В баке 2 расположен по меньшей мере один набор электродов 3. К верхней части бака 2 присоединена или выполнена за одно целое с ним воронка 8.

Желоб 4 присоединен к воронке и к внешнему сливу 5 для хлопьевидного осадка Желоб 4 и внешний слив для хлопьевидного осадка 5 могут быть выполнены как одно целое. В другом, предпочтительном, варианте данного изобретения слив 11 для хлопьевидного осадка выполнен внутренним, а желоб 4 не подсоединен к сливу 11. В желобе 4 установлен распылительный клапан 6. Распылительный клапан по своему конструктивному внутреннему устройству соответствует традиционным распылительным клапанам 6. Угол между боковой поверхностью воронки 8 и верхом бака 2 составляет условно 45°, но может быть меньше или больше.

Трубопровод для отведения твердого осадка 7 подсоединен к основанию 1. В трубопровод для отведения твердого осадка 7 может быть встроен клапан (на чертеже не указывается). Основание 1 имеет уклон, что позволяет твердым осадкам осаждаться ниже электродов. В самую низкую точку основания может быть встроен слив. Основание так же может иметь форму обратной воронки 9, что тоже позволяет твердым осадкам осаждаться ниже электродов. В самую низкую точку основания 9 тоже может быть встроен слив. Выход 10 для слива твердого осадка подсоединен к основанию 9. В выход 10 может быть встроен клапан (на чертеже не указывается).

Желоб 4 имеет вход 12 для сырой воды. Вход может быть установлен сверху желоба 4 или сбоку желоба 4. Вход 12 может быть оснащен клапаном (на чертеже не указывается). Бак 2 имеет вход 13 для промывочной воды. Промывочная вода вводится в бак периодически для поднятия уровня воды, чтобы обеспечить слив хлопьевидного осадка через слив для хлопьевидного осадка 5 или 11. Вход 13 может иметь встроенный клапан (на чертеже не указывается). Бак 2 имеет выход 14 для очищенной воды. Выход 14 может иметь встроенный клапан (на чертеже не указывается). Основание резервуара и место крепления электродов находятся на определенном расстоянии друг от друга. Если указанное расстояние слишком большое, то определенное количество воды будет оставаться неочищенной, если расстояние слишком маленькое, то твердые осадки могут забивать электроды. Экспериментально установлено, что оптимальная величина указанного расстояния для наилучшей очистки воды и очистки электродов составляет 150 мм.

На стене бака 2 имеется панель для крепления соединительных кабелей между электродами внутри бака, блоком питания и блоком управления. Данная панель на чертежах не указывается.

Бак 2 в своей верхней части имеет поперечное сечение, которое больше, чем в нижней части, поэтому во время использования электрофлокулляции непроточным методом в баке 2 образуется циркуляция воды, которая вызвана высвобождающимися газовыми ионами. В баке 2 располагается по меньшей мере один набор электродов 3. Набор электродов (см. фиг.2) - это один или более плоский катод а также плоские аноды. Все катоды и все аноды соединены и работают как единое целое. Количество анодов и катодов может быть одинаковым или разным. На чертеже показана диаграмма с расположением 6 катодов (К) и пяти анодов (А). Количество анодов и катодов может быть от одного катода и одного анода и более, чем указано на диаграмме. Для достижения большего положительного эффекта электроды расположены ближе к периферийным стенкам бака, а также расположены под углом, который, предпочтительно, соответствует углу падения капель из распылительного клапана, что помогает смывать с электродов загрязнения, которые остались после предыдущего слива очищенной воды.

На чертежах 3 и 4 показано два вида расположения электродов: меньший чертеж демонстрирует расположение электродов более подходящее при наличии внутреннего слива хлопьевидного осадка, который расположен сбоку от воронки, как показано на рис.1. При этом вертикальный угол крепления электродов «а» может быть больше угла крепления электродов «b»; больший чертеж демонстрирует расположение электродов более подходящее для бака с большим объемом и внешним сливом хлопьевидного осадка, который расположен по центру воронки. При этом вертикальный угол крепления электродов «с» может быть больше угла крепления электродов «d». Два указанных расположения электродов - только некоторые из множества возможных.

Процесс очистки воды будет описан ниже. Крепление электродов под углом помогают не только ополаскивать внутреннюю часть резервуара, но и удалять ионы с продуктами их взаимодействия.

Лучший вариант осуществления изобретения

Очистка воды и электродов осуществляется следующим образом.

Сырая вода поступает в резервуар через распылительный клапан, который установлен в воронке. При вводе сырой воды распылительный клапан промывает внутреннюю часть резервуара, электроды. Очистка электродов производится распылением воды из распылительного клапана, а также неспокойной поверхностью поднимающегося уровня воды во время наполнения резервуара. В процессе электрофлоккуляции протекторные анодные пластинчатые электроды производят ионы, которые захватывают частицы загрязнений в воде. В связи с тем, что бак в своей верхней части имеет поперечное сечение больше, чем в своей нижней части, во время использования электрофлокулляции непроточным методом в баке образуется циркуляция воды, которая вызвана высвобождающимися газовыми ионами. Газовые ионы образуют пузырьки воздуха, которые поднимаются к поверхности воды. Аноды генерируют образование положительно заряженных ионов, а катоды образуют газообразные микропузыри. Ионы взаимодействуют с частицами загрязнения и с водой, при этом они остаются рядом с анодами, что вызывает проблему засорения; микропузыри всплывают вертикально от катодов - в воде образуется циркуляция. Крепление электродов под вертикальным углом имеет несколько преимуществ. Ионы, высвобождающиеся с верхней части анодов, будут двигаться в сторону от анодов, что сокращает риск засорения электродов. Микропузыри с верхней стороны катодов воздействуют на нижнюю поверхность анодов, отталкивая ионы от анодов, в итоге усиленное движение ионов в сторону от анодов увеличивает количество свободных ионов, которые захватывают продукты реакции, и выносят их на поверхность воды. Продукты реакции с верхней части анодов всплывают на поврхность, как только начинается процесс циркуляции в резервуаре. Данный аспект продемонстрирован на фиг.4, где микропузыри обозначены «о», а ионы - «+». Некоторые загрязнения захватываются напрямую ионами и выносятся ими на поверхность воды в виде хлопьевидного осадка, который концентрируется в определенном месте резервуара. Другие загрязнения захватываются гидроксидными молекулами (производные ионов металла которые высвобождаются от анодов) и также попадают в пузырьки воздуха газовых ионов и выносятся на поверхность воды. Пузырьки достаточно маленькие и поэтому с легкостью при воздействии поверхностного давления и заряда, накапливаются в хлопьевидном осадке. Данные эффекты помогают преодолеть броуновское движение молекул воды и образовать циркуляцию воды. Циркуляция позволяет воде протекать между платами анодов, что увеличивает захват загрязнений и уводит ионы от анодов, что уменьшает забивание электродов. От электродов поднимается столб пузырей, который, как было сказано выше, выносит на поверхность воды хлопьевидный осадок, а рядом с поднимающимися пузырями идет поток опускающихся пузырей. Сужение бака книзу производят описанное выше движение пузырей вниз, в итоге все загрязнения, захваченные пузырями воздуха, движутся ниже электродов и между электродами. Как уже было сказано, циркуляция воды выносит большую часть загрязнений на поверхность с помощью микропузырей, другие же, более тяжелые частицы, осаждаются на дне резервуара, где установлен слив для их отвода. Твердые загрязнения в итоге опускаются на дно, не затрагивая электроды.

Выше был описан процесс очистки воды, при котором сырая вода закачивается в резервуар через распылительный клапан, установленный в воронке. Вода, очищенная способом электрофлоккуляции, при помощи электродов, откачивается из резервуара. Последующая партия воды закачивается в резервуар только после выкачивания оттуда предыдущей партии воды.

Таким образом, дополнительным преимуществом заявленного изобретения, помимо очистки электродов, является успешное отделение хлопьевидного и твердого осадков, что способствует лучшей очистке загрязненной воды.

Изобретение относится к устройствам для очистки воды методом электрофлокуляции, и, в частности, для очистки питьевой воды из проточной воды, озер, подземных вод, сточных вод. Резервуар для очистки воды содержит бак (2), основание (1) у нижней части бака, воронку (8), подсоединенную к верхней части бака, желоб (4), соединенный с воронкой (8) и сливом (5, 11) для хлопьевидного осадка, и трубопровод (7) для отведения твердого осадка. В баке расположен, по меньшей мере, один набор электродов (3). Основание (1) в нижней части выполнено наклонным в сторону трубопровода (7), или основание имеет форму конуса. Бак в своей верхней части имеет поперечное сечение большее, чем в своей нижней части. В желобе (4) установлен распылительный клапан (6). Техническим результатом является повышение эффективности работы и производительности электродов в устройстве для очистки воды. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Резервуар для очистки воды, содержащий бак (2), основание (1) у нижней части бака, расположенный в баке, по меньшей мере, один набор (3) электродов, воронку (8), подсоединенную к верхней части бака, желоб (4), соединенный с воронкой (8) и сливом (5, 11) для хлопьевидного осадка, и трубопровод (7) для отведения твердого осадка, при этом основание (1) в нижней части выполнено наклонным в сторону трубопровода (7), или основание имеет форму конуса, а бак в своей верхней части имеет поперечное сечение большее, чем в своей нижней части, причем в желобе (4) установлен распылительный клапан (6).

2. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что основание резервуара и место крепления электродов находятся на расстоянии друг от друга, причем указанное расстояние составляет, предпочтительно, 150 мм.

3. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что электроды расположены ближе к периферийным стенкам бака.

4. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что электроды расположены под углом, который соответствует углу падения капель из распылительного клапана.

5. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что наклон боковой поверхности воронки может составлять с верхней частью бака угол, предпочтительно, 45°.

6. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что желоб выполнен за одно целое с воронкой или соединяется с ней с помощью крепежных средств.

7. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что слив для осадка выполнен снаружи бака.

8. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что слив для осадка выполнен внутри бака.