RU2040477C1 - Устройство для обеззараживания и очистки воды - Google Patents
Устройство для обеззараживания и очистки воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2040477C1 RU2040477C1 SU5035666/26A SU5035666A RU2040477C1 RU 2040477 C1 RU2040477 C1 RU 2040477C1 SU 5035666/26 A SU5035666/26 A SU 5035666/26A SU 5035666 A SU5035666 A SU 5035666A RU 2040477 C1 RU2040477 C1 RU 2040477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- water
- rod
- electrodes
- diaphragm
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 title claims description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 title description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 abstract description 6
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 3
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- -1 alkalis Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N platinum-iridium alloy Chemical compound [Ir].[Pt] HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки воды и может быть использовано для получения питьевой воды. Обрабатываемая вода от напорного источника 1 через фильтр 2 поступает в анодную камеру и через регулятор 7 расхода воды в катодную камеру 5 проточного, работающего под повышенным давлением электрохимического реактора модульного типа с пористой ультрафильтрационной керамической диафрагмой. Во время протока воды через анодную камеру происходит образование активного хлора, обеззараживающего микроорганизмы и окисляющего органические примеси, а в катодной камере органические примеси подвергаются восстановлению. После выхода из анодной камеры вода проходит через емкость 6 с катализатором, на котором активный хлор разрушается. 2 ил. 1 табл.
Description
Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки воды и может быть использовано для получения питьевой воды.
В прикладной электрохимии используются электролизеры различных конструкций, обеспечивающие обработку воды.
Известен электролизер для обработки воды, содержащий корпус, разделенный диафрагмой на анодную и катодную камеры с размещенными в них перфорированными электродами, прижатыми к диафрагме, поверхность которых, обращенная к диафрагме, покрыта электроизоляционным материалом, а перфорация электродов выполнена соосно [1]
В этом электролизере рабочая поверхность диафрагмы ограничена площадью перфорационных отверстий в электродах, а остальная поверхность не используется. Рабочая поверхность электродов также меньше возможной на величину площади перфорационных отверстий. Для получения необходимой рабочей поверхности электродов и диафрагмы используют листовой материал диафрагмы и электродов вдвое больших размеров. Это приводит к увеличению веса, габаритов, усложнению конструкции.
В этом электролизере рабочая поверхность диафрагмы ограничена площадью перфорационных отверстий в электродах, а остальная поверхность не используется. Рабочая поверхность электродов также меньше возможной на величину площади перфорационных отверстий. Для получения необходимой рабочей поверхности электродов и диафрагмы используют листовой материал диафрагмы и электродов вдвое больших размеров. Это приводит к увеличению веса, габаритов, усложнению конструкции.
При сборке и ремонте значительных трудозатрат требуют операции герметизации плоского пакета из электродов и зажатой между ними диафрагмы с одновременным совмещением осей многочисленных отверстий в электродах. Распределение тока по площади диафрагмы в отверстии электрода неоднородно. Прогрессирующая вследствие этого неравномерность свойств полимерного материала диафрагмы приводит к ухудшению характеристик электролизера и снижению его надежности.
Так как электроды не отделены от диафрагмы слоем протекающей воды, то наиболее активные продукты электрохимических реакций, обладающие значительной электрофоретической подвижностью, движутся от поверхности электродов к диафрагме, проникают в нее и взаимно нейтрализуются. Они не участвуют в изменении свойств протекающей в электродных камерах воды, что уменьшает КПД процесса электрохимической обработки.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для электролиза воды [2] состоящее из цилиндрического электролизера с коаксиально расположенными электродами и диафрагмой между ними, разделяющей внутреннее пространство на катодную и анодную камеры. Каждая камера имеет отдельный вход в нижней и отдельный выход в верхней частях электролизера, сообщающиеся с подводящими и отводящими гидравлическими линиями для протока воды под давлением. Устройство содержит источник постоянного тока, соединенный с электродами электролизера через коммутационный узел, обеспечивающий возможность перемены полярности электродов для удаления катодных отложений. В процессе эксплуатации данного устройства возможно получение электрохимически обработанной воды с бактерицидными свойствами.
Недостатком данного устройства являются значительные энергопотери при обработке воды с изменяющейся во времени минерализацией. Чем больше минерализация воды, тем большее удельное количество электричества требуется для ее обработки, т.е. тем больше необходимая сила тока при постоянном объемном расходе воды. При уменьшении минерализации воды необходимо высокое напряжение для того, чтобы достичь требуемого уровня удельных затрат количества электричества без снижения объемного расхода воды. Чем шире диапазон возможных изменений минерализации воды, тем выше должна быть электрическая мощность источника постоянного тока, поскольку эта мощность определяется произведением максимально возможной силы тока на максимально возможное напряжение. Практически отсутствуют случаи, когда мощность используется полезно полностью.
При обработке воды со значительной минерализацией протекает большой ток при малом напряжении, при обработке воды с малой линерализацией малый при большом напряжении. Потребляемая электролизером мощность в несколько раз (от 3 до 10) меньше установленной мощности источника тока, т.е. устройство для электролиза воды имеет низкий КПД.
Кроме того, устройство не обеспечивает стабильность характеристик получаемых растворов при минерализации исходной воды.
Цель изобретения снижение энергозатрат на обработку воды и повышение качества обработанной воды.
Цель достигается за счет применения устройства, содержащего электролитический элемент, в состав которого входят цилиндрический и стержневой электроды, вертикально установленные в диэлектрических втулках, а также керамическая диафрагма, изготовленная из керамики на основе циркония с добавками оксидов иттрия и алюминия и установленная таким образом, что геометрические размеры устройства удовлетворяют соотношениям
и 
0,7-0,8 где K межэлектродное расстояние, мм;
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Db диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss, Sb площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2.
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Db диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss, Sb площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2.
В верхней и нижней частях цилиндрического электрода выполнены отверстия, нижнее из которых соединено с линией подачи воды в камеру цилиндрического электрода, стержневой электрод выполнен переменного сечения и диаметр его концов составляет 0,75 диаметра его средней части, причем стержневой электрод установлен таким образом, что его средняя часть с большим диаметром расположена на уровне, ограниченном отверстиями в верхней и нижней частях цилиндрического электрода, цилиндрический электрод соединен с положительным, а стержневой с отрицательным полюсом источника тока и устройство дополнительно содержит емкость с катализатором, имеющую вход в верхней и выход в нижней частях емкости и регулятор расхода, причем вход в емкость с катализатором соединен с отверстием в верхней части цилиндрического электрода, выход емкости с катализатором соединен с линией отвода обработанной воды, а регулятор расхода воды установлен перед входом в камеру стержневого электрода.
В практике обработки воды электрохимическими методами известно использование пиролюзита (MnO2), причем данная каталитическая загрузка располагается между электродами.
Такое техническое решение имеет существенный недостаток; в междуэлектродном пространстве гранулы катализатора работают как биполярные микроэлектроды, вследствие чего они разрушаются и уносятся с потоком очищенной воды. Возможно также забивание пор между гранулами катализатора и уменьшение пропускной способности электролизера.
На фиг.1 представлена схема устройства для обеззараживания и очистки воды; на фиг.2 электролитический элемент модульного типа.
Устройство состоит из напорного источника 1 обрабатываемой воды, фильтра 2, из электролитического элемента модульного типа (ПЭМ) 3, выполненного в виде диафрагменного цилиндрического электролизера, разделенного керамической диафрагмой на анодную 4 и катодную 5 камеры, емкости 6 с катализатором, соединенной с анодной камерой и регулятора расхода воды 7, установленного перед входом в катодную камеру.
Основным узлом устройства для получения питьевой воды является элемент ПЭМ, представляющий собой миниатюрный диафрагменный электролизер с коаксиальным расположением внешнего цилиндрического анода 8, внутреннего стержневого катода 9 и трубчатой керамической диафрагмы 10 между электродами. Электроды и диафрагма жестко герметично взаимно закреплены при помощи уплотнительных колец 11 и 12 и торцовых втулок 13 из диэлектрического материала, являющихся продолжением внешней цилиндрической поверхности элемента ПЭМ. На внешней поверхности элемента ПЭМ расположены входы 14 и 15 и выходы 16 и 17 электродных камер. Они выполнены в виде отверстий в торцовых втулках 13 и цилиндрическом электроде 8 у его концов. Сборка и герметизация электролитического элемента производится при стягивании втулок 13 к торцам электрода 8 гайками 18 и шайбами 19 на концах электрода 9. Зазоры между электродами 8 и 9 и диафрагмой 10 равны 1,2 мм. Расстояние между электродами 8 и 9 равно 3 мм, толщина ультрафильтрационной диафрагмы 10 находится в пределах 0,58-0,62 мм. Диаметр средней части внутреннего стержневого электрода равен 8 мм, а его концевых частей 6 мм.
Длина рабочей части диафрагмы составляет 200 мм. Рабочая поверхность диафрагмы заключена между уплотнительными кольцами 11. Площадь рабочей поверхности цилиндрического электрода 8 составляет 88 см2, стержневого 50 см2.
Геометрические размеры устройства удовлетворяют соотношениям
и 
0,7-0,8 где К межэлектродное расстояние, мм;
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Db диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss, Sb площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2.
L длина рабочей части электродной камеры, мм;
Ds внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
Db диаметр средней части стержневого электрода, мм;
Ss, Sb площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, м2.
Сочетание указанных размеров электродов и диафрагмы обеспечивает равномерное распределение потока воды по поверхности электродов и одинаковую скорость течения в любом сечении электродной камеры. В кольцевых вертикальных гладкостенных электродных камерах отсутствуют условия для образования застойных зон и зон медленного протока. Такие зоны отрицательно влияют на характеристики любого электролитического реактора, а именно электрохимические процессы провоцируют их образование. Например, при протекании воды в системе параллельных плоских электродов наблюдаются разные по толщине слои воды, неоднородности течения, наличие участков с различными электрохимическими свойствами и т.п. Эти зоны имеют способность самоподдерживаться и развиваться. В них накапливаются продукты электрохимических реакций, формируя осадки различной плотности. Проводимость этих зон выше, чем в потоке, поэтому значительная часть тока расходуется на разогрев воды в застойных зонах и локальный синтез продуктов электролиза, но не электрохимическое преобразование протекающей воды. Признаком существования застойных зон или областей замедленного течения является снижение тока при увеличении скорости течения воды.
Ширина электродных камер подобрана таким образом, чтобы соответствовать диаметру обращения части воды в микротороидальных потоках. Это препятствует появлению областей замедленного течения даже при малых объемных расходах. Ширина электродных камер удовлетворяет также двум другим требованиям: расстояние между поверхностью электрода и диафрагмой не должно быть большим, чтобы не увеличивать омическое сопротивление между электродами, однако, оно не должно быть слишком малым, чтобы не вызывать капиллярных и расклинивающих эффектов, препятствующих свободному течению воды с газовыми пузырьками. Длина электродных камер также определена с учетом реальных условий работы реактора.
Электродные камеры не должны быть слишком длинными, чтобы резко не возрастало газонаполнение воды по мере ее приближения к выходу из элемента, но их длина должна обеспечивать достаточную степень электрохимического преобразования воды при однократном протоке. Типичным признаком повышения газонаполнения является увеличение силы тока при возрастании скорости течения воды. Указанное сочетание размеров ширины и длины электродных камер позволяет добиваться хорошего контакта с электродом всех микрообъемов воды. Пузырьки газов не затрудняют свободное течение воды в электродных камерах при конвективных режимах циркуляции, не создают застойных зон за счет капиллярного расклинивания, не увеличивают электрическое сопротивление в межэлектродном пространстве, т.е. в электродной камере не происходит их коалесценция, а значительная скорость удаления обеспечивает малое газонасыщение воды. Весь объем воды в камере находится под действием электрического поля значительной неоднородности, что порождает возникновение микроциркуляционных упорядоченных потоков с ускоренным массообменом в зоне двойного электрического слоя на поверхности электрода, где напряженность электрического поля достигает нескольких миллионов вольт на сантиметр.
Недостатком этого решения являются высокие энергозатраты. Снижение энергозатрат по предложенному решению достигается за счет определенных соотношений размеров электролитической ячейки. Как показывают эксперименты, при соблюдении данных соотношений, указанных в формуле, при прочих равных условиях удельный расход энергии при обработке водопроводной воды составляет от 0,75 до 1,25 кВт˙ч/м3, в то время как при несоблюдении этих соотношений расход энергии составляет около 3,0 кВт˙ч/м3, как и в известном решении. При этом достигается и такой дополнительный эффект за счет остальных конструктивных решений, как улучшение гидравлического режима, оптимизация процесса за счет использования предлагаемой диафрагмы, а также снабжения устройства узлами, которые обеспечивают как улучшение гидродинамики устройства, так и повышение качества обработанной воды за счет разрушения соединений активного хлора.
Диафрагма элемента выполняется из керамики на основе оксида циркония с добавлением оксидов алюминия и иттрия. Благодаря этому диафрагма обладает высокой устойчивостью к действию концентрированных и разбавленных водных растворов кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, агрессивных газов: хлора, озона, и имеет срок службы, превышающий ресурс элемента (более 10000 ч).
Диафрагма является ультрафильтрационной и имеет протекаемость в пределах 0,5-2,0 мл/м ˙ч˙Па.
Диафрагма, установленная между электродами с открытым (без сепаратора) зазором для протока воды, не изменяющая размеров и формы при перепадах давления, гидрофильная, с низким электрическим и высоким фильтрационным сопротивлением (за счет большого числа мелких открытых пор), тонкая, позволяет эффективно реализовать основные условия электрохимической (катодной и анодной) обработки воды, обеспечивающей наивысшую степень ее метастабильности. При такой обработке все продукты электрохимических реакций, включая высокозаряженные метастабильные частицы, полностью поступают в протекающую пресную воду и насыщают ее, равномерно распределяясь в объеме. Эти частицы так же как стабильные ионы, участвуют в переносе заряда, но достигая гидрофильной диафрагмы, адсорбируются на ее поверхности. Они почти не проникают вглубь, так как энергия взаимодействия с гидрофильной поверхностью материала диафрагмы выше энергии активации электромиграционного переноса и поэтому не подвергаются взаимной нейтрализации. Образуются два заряженных слоя на поверхности диафрагмы, разность потенциалов между которыми достигает 2,5 В. За счет заряженных поверхностных ионных слоев напряженность электрического поля в диафрагме увеличивается на 30-40 В/см, что способствует повышению подвижности ионов в порах и снижает электрическое сопротивление. Снижению электрического сопротивления в межэлектродном пространстве способствует также появление самоорганизующихся дисситивных структур течения, обеспечивающих ускоренный транспорт заряженных частиц в электродной камере. Такие структуры возникают в соответствии с единой теорией фундаментального поля И.Л. Горловина в пространственно разделенных областях потери и захвата электрона при соответствии характеристических размеров системы (ширина и диаметр электродных камер, толщины диафрагмы) и параметров ее работы (минерализация воды, градиент концентраций, скоростей течения), величины подводимой энергии.
Гидрофильная керамическая диафрагма, кроме указанных, имеет еще несколько положительных свойств. Диаграмма нечувствительна к загрязнению воды органическими веществами, катионами тяжелых металлов. Легко и многократно может быть очищена от катодных отложений промывкой кислотой. Это дает электрохимическому реактору возможность долго и стабильно работать при минимальном количестве корректировок режима и операций технического обслуживания, которые не связаны с ее разбором, и так как диафрагма является жесткой, то облегчается ее установка и демонтаж, а также обеспечивается возможность ее работы при изменяющемся давлении.
Выполнение стержневого электрода переменного сечения таким образом, что диаметр его концевых частей составляет 0,75 диаметра его средней части, и размещение его в сборке таким образом, что средняя его часть, имеющая больший диаметр, находится между уровнями, ограниченными отверстиями в цилиндрическом электроде, позволяет снизить износ электрода, так как в местах выполнения отверстий изменяется конфигурация электрического поля между электродами, что может привести к созданию локальных повышений напряжения и неравномерному износу электродов. Также увеличение межэлектродного расстояния в этом месте позволяет обеспечить стабильность работы диафрагмы. Кроме того, снижается материалоемкость электрода. Выполнение диаметра концевых частей стержневого электрода меньше чем 0,75 диаметра его средней части нецелесообразно, так как приводит к образованию застойных зон. Выполнение их больше 0,75 не обеспечивает заданную степень ресурса работы электрода.
Электроды реактора изготовлены из титана. В зависимости от условий эксплуатации, которые определяются назначением реактора, электроды подвергаются соответствующей модификации поверхности. Наиболее типичные материалы электродных покрытий, используемых в данных реакторах, приведены в таблице.
Платиновые и платиново-иридиевые покрытия являются стойкими как при анодной, так и при катодной поляризации, поэтому переключение ячейки с режима катодной обработки воды на анодную достигается изменением полярности электродов.
Если в качестве анодного покрытия используются диоксид рутения или диоксид марганца, то титановый катод полируют или наносят пирографитовое покрытие и полярность электродов во все время эксплуатации не изменяют. Переход с катодного режима на анодный в этом случае производят путем гидравлических переключений. Покрытие пирографитом и полировка титанового электрода снижают скорость образования отложений не только на поверхности электрода, но и на диафрагме.
Устройство работает следующим образом.
Обрабатываемая вода подается из напорного источника 1 в анодную камеру 4 проточного, работающего под повышенным давлением электрохимического реактора модульного типа с пористой ультрафильтрационной керамической диафрагмой 3 (фиг.1). Во время протока через анодную камеру происходит образование активного хлора из солей, которые составляют естественную минерализацию любой питьевой воды. Соединения активного хлора полностью уничтожают все микроорганизмы и окисляют органические примеси с образованием нетоксичных и неопасных для человека веществ. После выхода из анодной камеры, вода проходит через катализатор 6, на котором происходит разрушение активного хлора.
Катализатор выполнен из плотного углеродного материала, например, графита МПГ-6 с нанесенным на его поверхность тонким слоем (около 1 мкм) диоксида марганца. Скорость разрушения соединений активного хлора на таком катализаторе в 1,8 раз выше, чем на пиролюзите (MnO2).
Одновременно с анодной вода поступает в катодную камеру 5 электрохимического реактора, в котором происходит прямое электрохимическое и каталитическое восстановление органических примесей. Ионы тяжелых металлов превращаются в нейтральные атомы, которые становятся нетоксичными для организма человека и не вступают в биологические реакции окисления. В катодной камере установки происходит смещение окислительно-восстановительного потенциала до уровня, соответствующего внутренней среде организма человека. Регулятор 7 расхода воды ограничивает проток воды через катодную камеру. Проток воды через емкость с катализатором в направлении сверху вниз обеспечивает более равномерный контакт всех микрообъемов воды с поверхностью частиц катализатора, чем при любом другом направлении протока.
Все материалы, из которых выполнены элементы установки, соприкасающиеся с водой, разрешены к применению в медицинской практике.
В данной установке уничтожаются 99,9% всех микроорганизмов, содержащихся в воде в течение 1,0-1,5 с.
Установки имеют модульное исполнение, что позволяет легко получить любую необходимую производительность. Производительность установок 100, 500 и 1500 л/ч. Удельный расход энергии не более 0,2 кВт ˙ч/1000 л.
Claims (1)
- УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ, содержащее электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, керамической диафрагмы, коаксиально установленной во втулках между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, линии подвода и отвода обрабатываемой воды, причем в нижней втулке выполнен канал для подвода воды в камеру стержневого электрода, соединенный с линией подачи воды, а в верхней втулке канал для отвода воды из камеры стержневого электрода, источник тока, соединенный с электродами через узел коммутации, отличающееся тем, что диафрагма выполнена ультрафильтрационной из керамики на основе оксида циркония с добавками оксидов алюминия и иттрия и установлена так, что геометрические размеры ячейки удовлетворяют соотношениям
где K межэлектродное расстояние, мм;
l длина рабочей части электродной камеры, мм;
DS внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
DB диаметр средней части стержневого электрода, мм;
SS и SB площади поперечного сечения камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов,м2,
в верхней и нижней частях цилиндрического электрода выполнены отверстия, нижнее из которых соединено с линией подачи воды, стержневой электрод выполнен переменного сечения и диаметр его концевых частей составляет 0,75 диаметра его средней части, причем стержневой электрод установлен так, что его средняя часть расположена на уровне, ограниченном отверстиями в верхней и нижней частях цилиндрического электрода, цилиндрический электрод соединен с положительным, а стержневой с отрицательным полюсами источника тока, устройство дополнительно содержит емкость с катализатором, снабженную входом в верхней и выходом в нижней частях емкости, и регулятор расхода воды, причем вход емкости с катализатором соединен с отверстием в верхней части цилиндрического электрода, а выход емкости с линией отвода обработанной воды, регулятор расхода установлен перед входом в камеру стержневого электрода.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5035666/26A RU2040477C1 (ru) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Устройство для обеззараживания и очистки воды |
| PCT/RU1993/000075 WO1993020014A1 (en) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Device for electrochemical processing of water |
| JP5517344A JPH07509536A (ja) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | 水の電気化学処理装置 |
| GB9324796A GB2274113B (en) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Apparatus for electrochemical treatment of water |
| US08/157,039 US5427667A (en) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Apparatus for electrochemical treatment of water |
| DE4391418T DE4391418T1 (de) | 1992-04-03 | 1993-03-26 | Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Wasser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5035666/26A RU2040477C1 (ru) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Устройство для обеззараживания и очистки воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2040477C1 true RU2040477C1 (ru) | 1995-07-25 |
Family
ID=21601010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5035666/26A RU2040477C1 (ru) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | Устройство для обеззараживания и очистки воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2040477C1 (ru) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2167822C2 (ru) * | 1996-06-18 | 2001-05-27 | Габленко Вячеслав Георгиевич | Проточный электрохимический активатор |
| RU2208590C2 (ru) * | 2001-10-15 | 2003-07-20 | Устюгова Галина Викторовна | Способ и устройство для обработки воды |
| RU2233244C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-07-27 | Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Реактор для обработки жидкостей |
| RU2251532C1 (ru) * | 2004-04-13 | 2005-05-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий | Устройство для электрохимической активации воды и водных растворов |
| RU2251531C1 (ru) * | 2004-04-07 | 2005-05-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий (ПНИИЭМТ) | Установка для электрохимической активации воды и водных растворов преимущественно для систем капельного орошения |
| RU2334680C1 (ru) * | 2007-06-26 | 2008-09-27 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электровихревой активатор воды |
| RU2335461C1 (ru) * | 2007-06-22 | 2008-10-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор воды |
| RU2338692C1 (ru) * | 2007-06-13 | 2008-11-20 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Устройство для электроактивации воды |
| RU2351547C1 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-04-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Установка для электроактивации воды |
| RU2354612C1 (ru) * | 2007-10-04 | 2009-05-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Установка для активации воды |
| RU2357927C2 (ru) * | 2007-06-22 | 2009-06-10 | Владимир Георгиевич Пушкарь | Устройство для электрохимической очистки воды |
| RU2358910C1 (ru) * | 2008-01-23 | 2009-06-20 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор для воды |
| RU2367614C1 (ru) * | 2008-07-28 | 2009-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Электроактиватор воды |
| RU2367615C1 (ru) * | 2008-07-28 | 2009-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Модуль электроактивации воды |
| RU2385841C1 (ru) * | 2008-09-17 | 2010-04-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор воды |
| RU2392232C1 (ru) * | 2008-10-08 | 2010-06-20 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор воды |
| RU2401807C1 (ru) * | 2009-09-16 | 2010-10-20 | Валентин Германович Абезин | Установка для электроактивации воды |
| RU2401808C1 (ru) * | 2009-10-02 | 2010-10-20 | Валентин Германович Абезин | Двухпоточный электроактиватор воды |
| RU2422373C1 (ru) * | 2009-11-30 | 2011-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Электроактиватор воды |
| RU2429202C2 (ru) * | 2008-12-04 | 2011-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Проточный электроактиватор воды |
| EP4091992A1 (en) | 2021-05-19 | 2022-11-23 | Blue Safety GmbH | Method for purification of water and water purification system |
| US11807949B2 (en) | 2021-06-30 | 2023-11-07 | Valeri Iltsenko | Electrolyser for production of catholyte |
-
1992
- 1992-04-03 RU SU5035666/26A patent/RU2040477C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 882944, кл. C 02F 1/46, 1979. * |
| 2. Заявка Японии N 1-104387, кл. C 02F 1/46, 1989. * |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2167822C2 (ru) * | 1996-06-18 | 2001-05-27 | Габленко Вячеслав Георгиевич | Проточный электрохимический активатор |
| RU2208590C2 (ru) * | 2001-10-15 | 2003-07-20 | Устюгова Галина Викторовна | Способ и устройство для обработки воды |
| RU2233244C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-07-27 | Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Реактор для обработки жидкостей |
| RU2251531C1 (ru) * | 2004-04-07 | 2005-05-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий (ПНИИЭМТ) | Установка для электрохимической активации воды и водных растворов преимущественно для систем капельного орошения |
| RU2251532C1 (ru) * | 2004-04-13 | 2005-05-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий | Устройство для электрохимической активации воды и водных растворов |
| RU2338692C1 (ru) * | 2007-06-13 | 2008-11-20 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Устройство для электроактивации воды |
| RU2357927C2 (ru) * | 2007-06-22 | 2009-06-10 | Владимир Георгиевич Пушкарь | Устройство для электрохимической очистки воды |
| RU2335461C1 (ru) * | 2007-06-22 | 2008-10-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор воды |
| RU2334680C1 (ru) * | 2007-06-26 | 2008-09-27 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электровихревой активатор воды |
| RU2351547C1 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-04-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Установка для электроактивации воды |
| RU2354612C1 (ru) * | 2007-10-04 | 2009-05-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Установка для активации воды |
| RU2358910C1 (ru) * | 2008-01-23 | 2009-06-20 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор для воды |
| RU2367614C1 (ru) * | 2008-07-28 | 2009-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Электроактиватор воды |
| RU2367615C1 (ru) * | 2008-07-28 | 2009-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Модуль электроактивации воды |
| RU2385841C1 (ru) * | 2008-09-17 | 2010-04-10 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор воды |
| RU2392232C1 (ru) * | 2008-10-08 | 2010-06-20 | Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук | Электроактиватор воды |
| RU2429202C2 (ru) * | 2008-12-04 | 2011-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Проточный электроактиватор воды |
| RU2401807C1 (ru) * | 2009-09-16 | 2010-10-20 | Валентин Германович Абезин | Установка для электроактивации воды |
| RU2401808C1 (ru) * | 2009-10-02 | 2010-10-20 | Валентин Германович Абезин | Двухпоточный электроактиватор воды |
| RU2422373C1 (ru) * | 2009-11-30 | 2011-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия | Электроактиватор воды |
| EP4091992A1 (en) | 2021-05-19 | 2022-11-23 | Blue Safety GmbH | Method for purification of water and water purification system |
| US11807949B2 (en) | 2021-06-30 | 2023-11-07 | Valeri Iltsenko | Electrolyser for production of catholyte |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2040477C1 (ru) | Устройство для обеззараживания и очистки воды | |
| US5427667A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water | |
| US5628888A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| RU2038322C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды | |
| US5871623A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| US5985110A (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| EP1161400B1 (en) | Method and apparatus for treatment of organic matter-containing wastewater | |
| RU2096337C1 (ru) | Установка для электрохимической очистки воды и/или водных растворов | |
| RU2176989C1 (ru) | Электрохимическая модульная ячейка для обработки водных растворов, установка для получения продуктов анодного окисления раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов | |
| CN114212862A (zh) | 一种电絮凝氧化一体化废水处理装置及处理方法 | |
| WO2002053504A1 (fr) | Appareil pour purifier l'eau contenant des matières organiques dissoutes et des substances nuisibles à l'état de trace | |
| RU2340564C2 (ru) | Электролитическая ячейка для очистки загрязненной воды | |
| WO1998050309A1 (en) | Apparatus for electrochemical treatment of water and/or water solutions | |
| CA2971084A1 (en) | Electrolytic cell with advanced oxidation process and electro catalytic paddle electrode | |
| KR100319022B1 (ko) | 전해부상법을이용한폐수처리장치 | |
| WO1999011840A1 (en) | Apparatus for obtaining the anodic oxidation products of a solution of alkaline or alkaline-earth metal chlorides | |
| RU2038323C1 (ru) | Устройство для очистки и обеззараживания воды | |
| RU2042639C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды | |
| CN108892212A (zh) | 一种电催化法污水处理系统及其方法 | |
| CN211471172U (zh) | 一种有机废水处理系统 | |
| CN108178252A (zh) | 一种四电极双电解系统及采用该系统处理难降解有机废水方法 | |
| RU2141453C1 (ru) | Устройство для электрохимической обработки воды и водных растворов | |
| CN102815767A (zh) | 一种自清洁复合活性炭电极电解氧化还原方法及装置 | |
| RU2079575C1 (ru) | Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов | |
| CN102807268A (zh) | 一种自清洁碳电极的电解方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060404 |