RU2155718C2 - Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water - Google Patents

Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water Download PDF

Info

Publication number
RU2155718C2
RU2155718C2 RU98117116A RU98117116A RU2155718C2 RU 2155718 C2 RU2155718 C2 RU 2155718C2 RU 98117116 A RU98117116 A RU 98117116A RU 98117116 A RU98117116 A RU 98117116A RU 2155718 C2 RU2155718 C2 RU 2155718C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
water
cathode
mineralization
membranes
Prior art date
Application number
RU98117116A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98117116A (en
Inventor
А.Д. Еремин
А.Н. Ракитин
Original Assignee
Еремин Анатолий Дмитриевич
Ракитин Андрей Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Еремин Анатолий Дмитриевич, Ракитин Андрей Николаевич filed Critical Еремин Анатолий Дмитриевич
Priority to RU98117116A priority Critical patent/RU2155718C2/en
Publication of RU98117116A publication Critical patent/RU98117116A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2155718C2 publication Critical patent/RU2155718C2/en

Links

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

FIELD: plants for reduction of mineralization and decontamination of potable water. SUBSTANCE: plant includes electrolytic reactor whose length is equal to L=(20 to 30)t, where t=(0.08 to 0.16) (U) mm and U is magnitude of voltage at cathode and anode, V; mounted in housing are first and second anodes, cathode and first and second diaphragms; relative position and sizes of plant members make it possible to change mineralization of water from 150 mg/l to 10 mg/l; electrolytic oxidation at anode destroys organic and chloroorganic substances in water and microorganisms of all types and forms which decompose into element components which are not toxic and absolutely harmless. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Предлагаемая установка для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды относится к области доочистки питьевой воды и может быть использована для получения экологически чистой и биологически ценной питьевой воды. The proposed installation to reduce the mineralization and disinfection of drinking water relates to the field of post-treatment of drinking water and can be used to obtain environmentally friendly and biologically valuable drinking water.

Известны разнообразные фильтрационные и сорбционные водоочистительные системы и водоочистительные системы, очищающие воду посредством окислительно-восстановительных реакций в электрохимическом и каталитическом реакторах. Фильтрационные и сорбционные водоочистительные системы имеют следующие недостатки: они имеют большие габариты и массу, не позволяют достаточно очистить и опреснить воду. Самыми эффективными являются установки, использующие униполярное электролитическое обеззараживание (уничтожение микроорганизмов всех видов и форм), электролитическое окисление вредных веществ (фенолов, хлорорганических соединений, активного хлора) и нейтрализацию ионов тяжелых металлов. Известен целый ряд таких установок: "Изумруд" (1) (на установку выдан сертификат Госстандарта России от 22.04.1994 г. N Росс. RU. 0001. B001 129). B "Изумруде" основными стадиями очистки воды является анодное электролитическое и электрокаталитическое окисление в анодной камере электролитического реактора, электрокаталитическое и химическое доокисление в промежуточной вихревой реакционной емкости и затем электролитическое и электрокаталитическое восстановление в катодной камере этого же электролитического реактора. Недостатком данной установки является то, что установка не производит снижение минерализации воды и имеет дорогостоящие электроды из специальных малорастворимых материалов и то, что металл с растворенных анода и катода оказывается в питьевой воде. Известны установки для опреснения воды, использующие электродиализ. Так называется процесс отделения анионов от катионов солей под воздействием электрического поля. Все пространство электродиализатора делится двумя перегораживающими мембранами на три части. В двух боковых отсеках помещаются электроды. Под воздействием электрического поля ионы солей в воде приходят в упорядоченное движение и направляются к соответствующим электродам и из пространства между электродами может отбираться опресненная вода. Недостатком таких типов устройств является то, что в них не происходит обеззараживание питьевой воды. Аналогом предлагаемой установки для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды является установка для опреснения воды, использующая электродиализ, описанная в (2) Д. Лазарев "Электрон и химические процессы", стр. 106-108, изд. "Химия", Ленинград, 1984 г. A variety of filtration and sorption water purification systems and water purification systems are known that purify water through redox reactions in electrochemical and catalytic reactors. Filtration and sorption water purification systems have the following disadvantages: they have large dimensions and weight, they do not allow sufficient purification and desalination of water. The most effective are plants that use unipolar electrolytic disinfection (destruction of microorganisms of all types and forms), electrolytic oxidation of harmful substances (phenols, organochlorine compounds, active chlorine) and neutralization of heavy metal ions. A number of such installations are known: Emerald (1) (the installation was issued a certificate of the State Standard of Russia dated 04.22.1994 N Ross. RU. 0001. B001 129). In Emerald, the main stages of water purification are anodic electrolytic and electrocatalytic oxidation in the anode chamber of an electrolytic reactor, electrocatalytic and chemical oxidation in an intermediate vortex reaction vessel, and then electrolytic and electrocatalytic reduction in the cathode chamber of the same electrolytic reactor. The disadvantage of this installation is that the installation does not reduce the salinity of the water and has expensive electrodes from special sparingly soluble materials and that the metal from the dissolved anode and cathode is in drinking water. Known installations for desalination using electrodialysis. This is the name of the process of separation of anions from salt cations under the influence of an electric field. The entire space of the electrodialyzer is divided into two parts by two barrier membranes. Electrodes are placed in two side compartments. Under the influence of an electric field, the ions of salts in water come in an ordered movement and are directed to the corresponding electrodes, and desalinated water can be taken from the space between the electrodes. The disadvantage of these types of devices is that they do not disinfect drinking water. An analogue of the proposed installation for reducing the mineralization and disinfection of drinking water is a water desalination plant using electrodialysis described in (2) D. Lazarev "Electron and Chemical Processes", pp. 106-108, ed. "Chemistry", Leningrad, 1984

Целью настоящего изобретения является построение устройства, снижающего минерализацию и обеспечивающего обеззараживание питьевой воды. The aim of the present invention is the construction of a device that reduces mineralization and provides disinfection of drinking water.

Указанная цель достигается тем, что в установке для снижения минерализации питьевой воды, содержащей проточный электрохимический реактор, анод, катод и две перегораживающие мембраны, в проточном электрохимическом реакторе длиной L вдоль его оси установлены первый и второй аноды и катод, первый анод установлен между мембранами на расстоянии от одной из мембран, равном t/2, расстояние между мембранами и расстояние между первым анодом и катодом равно t, при этом

Figure 00000003
мм, где U - значение напряжения на аноде и катоде в вольтах, второй анод и катод установлены снаружи перегораживающих мембран и расстояние между ними вдоль оси реактора от первого анода линейно увеличивается от значения, равного 1,5t, до значения, равного 3t, длина электрохимического реактора L=(10...20)t, длина первого анода равна (3...5)t.This goal is achieved by the fact that in the installation for reducing the mineralization of drinking water containing a flowing electrochemical reactor, an anode, a cathode and two barrier membranes, in a flowing electrochemical reactor of length L, the first and second anodes and the cathode are installed along its axis, the first anode is installed between the membranes on the distance from one of the membranes equal to t / 2, the distance between the membranes and the distance between the first anode and cathode is t, while
Figure 00000003
mm, where U is the voltage value at the anode and cathode in volts, the second anode and cathode are installed outside the barrier membranes and the distance between them along the axis of the reactor from the first anode linearly increases from a value of 1.5 t to a value of 3 t, the length of the electrochemical reactor L = (10 ... 20) t, the length of the first anode is (3 ... 5) t.

Существенные признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, определяются его конструкцией. Взаимное положение, размеры и состав элементов, входящих в заявляемое устройство, окончательно определены экспериментально и позволяют построить установку для снижения минерализации и обеззараживании питьевой воды, которая приобретает повышенную биологическую ценность и приобретает вкус хорошей родниковой воды. The essential features that distinguish the claimed device from the prototype are determined by its design. The relative position, size and composition of the elements included in the inventive device are finally determined experimentally and make it possible to build a plant for reducing the mineralization and disinfection of drinking water, which acquires increased biological value and acquires the taste of good spring water.

На чертеже приведен эскиз предлагаемой установки дли снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды. Указанные на чертеже размеры и взаимное положение элементов определены окончательно экспериментально на макетах заявляемой установки. The drawing shows a sketch of the proposed installation to reduce the mineralization and disinfection of drinking water. The dimensions and relative position of the elements indicated on the drawing are finally determined experimentally on the mock-ups of the claimed installation.

Установка для снижения минерализации и обеззараживания состоит из камеры электрохимического реактора 1 длиной L=(20...30)t, где

Figure 00000004
мм, где U - значение напряжения в вольтах на катоде и аноде первой 3 и второй 7 мембран, расположенных вдоль и симметрично относительно стенок камеры электролитического реактора, длина мембран равна длине стенок камеры реактора и расстояние между мембранами равно t; первого анода 5 длиной (3...5)t, расположенного между мембранами на расстоянии от второй мембраны 7, равном 0,5t; второго анода 2 длиной L=(20...30)t- (3...3)t, который расположен между первой мембраной 3 и стенкой камеры реактора 1, и расстояние от второго анода 2 до продольной оси камеры реактора вдоль этой оси (от первого анода 5) линейно увеличивается от 0,5t до 1,5t; катода 6, который расположен между второй мембраной и стенкой корпуса реактора 1, расстояние от первого анода 5 до катода 6 равно t и расстояние от катода 6 до второго анода 2 вдоль оси реактора, от входа к выходу, линейно увеличивается от 1,5t до 3t.Installation for reducing mineralization and disinfection consists of an electrochemical reactor chamber 1 of length L = (20 ... 30) t, where
Figure 00000004
mm, where U is the voltage in volts at the cathode and anode of the first 3 and second 7 membranes located along and symmetrically relative to the walls of the chamber of the electrolytic reactor, the length of the membranes is equal to the length of the walls of the reactor chamber and the distance between the membranes is t; the first anode 5 of length (3 ... 5) t, located between the membranes at a distance from the second membrane 7, equal to 0.5t; the second anode 2 of length L = (20 ... 30) t- (3 ... 3) t, which is located between the first membrane 3 and the wall of the reactor chamber 1, and the distance from the second anode 2 to the longitudinal axis of the reactor chamber along this axis (from the first anode 5) linearly increases from 0.5t to 1.5t; the cathode 6, which is located between the second membrane and the wall of the reactor vessel 1, the distance from the first anode 5 to the cathode 6 is t and the distance from the cathode 6 to the second anode 2 along the axis of the reactor, from entrance to exit, increases linearly from 1.5t to 3t .

Установка работает следующим образом:
Водопроводная вода через вход поступает в камеру электрохимического реактора и после заполнения его водой включается источник постоянного напряжения. Электрохимическая камера функционально разделена на две зоны. В первой зоне установлено два электрода: 1-й анод и катод, разделенные одной мембраной. Каждый микрообъем воды, протекающий в районе первого анода, соприкасается с поверхностью электродов и подвергается воздействию электрического поля, при этом вода в течение долей секунды насыщается короткоживущими, высокоактивными окислителями хлора и кислорода. Их концентрация в зависимости от минерализации и скорости протока воды может изменяться от 15 до 150 мг/л, при этом электролитическое окисление у анода разрушают органические и хлорорганические вещества в воде и микроорганизмы всех видов и форм уничтожаются, распадаясь на простые составляющие: нетоксичные и совершенно безопасные.
Installation works as follows:
Tap water through the inlet enters the chamber of the electrochemical reactor and, after filling it with water, a constant voltage source is turned on. The electrochemical chamber is functionally divided into two zones. Two electrodes are installed in the first zone: the 1st anode and the cathode, separated by one membrane. Each microvolume of water flowing in the region of the first anode is in contact with the surface of the electrodes and is exposed to an electric field, while water is saturated for a fraction of a second with short-lived, highly active oxidizing agents of chlorine and oxygen. Their concentration depending on the salinity and speed of the water flow can vary from 15 to 150 mg / l, while the electrolytic oxidation at the anode is destroyed by organic and organochlorine substances in the water and microorganisms of all types and forms are destroyed, breaking up into simple components: non-toxic and completely safe .

Возле первого анода происходит насыщение воды кислородом и продукты распада становятся полярными, а структурная сетка водородных связей между молекулами воды разрыхляется, разупорядочивается, что облегчает ее использование клетками живых организмов и ускоряет удаление биологических шлаков. Вдоль первого анода, благодаря симметричному положению диафрагмы, весь поток воды делится на анолит и католит. При этом катионы за счет миграции перемещаются к катоду и сразу удаляются. В катодном пространстве происходит прямое электролитическое и электрокаталитическое восстановление многозарядных катионов тяжелых металлов, что снижает токсичность воды, обусловленную наличием ионов тяжелых металлов, в тысячи раз. Near the first anode, oxygen is saturated with water and the decay products become polar, and the structural network of hydrogen bonds between water molecules loosens, disordered, which facilitates its use by cells of living organisms and accelerates the removal of biological slag. Along the first anode, due to the symmetrical position of the diaphragm, the entire flow of water is divided into anolyte and catholyte. In this case, due to migration, cations move to the cathode and are immediately removed. In the cathode space, direct electrolytic and electrocatalytic reduction of multiply charged heavy metal cations occurs, which reduces the toxicity of water due to the presence of heavy metal ions by a thousand times.

Во второй функциональной зоне между вторым анодом и катодом установлены две мембраны. В пространстве между вторым анодом и катодом под воздействием электрического поля ионы и поляризованные продукты распада, полученные в первой зоне, приходят в упорядоченное движение. К катоду двигаются ионы кальция, натрия, магния, водорода. При этом в катодном пространстве будут преобладать гидрооксид-ионы ОН-, а в анодное пространство перемещаются хлоридные и гидрооксидные анионы. И поэтому в анодном пространстве концентрируется вода со смесью соляной и серной кислот, в катодном пространстве концентрируется соленая вода, а между первой и второй диафрагмами остается очищенная и обеззараженная вода. В установке вода из катодного и анодного пространств отводится и сливается. Вода, перемещаясь вверх вдоль оси установки за счет миграционных смещений продуктов электролиза, постепенно избавляется от вредных примесей и насыщается кислородом. In the second functional zone, two membranes are installed between the second anode and cathode. In the space between the second anode and cathode, under the influence of an electric field, ions and polarized decay products obtained in the first zone come into ordered motion. Ions of calcium, sodium, magnesium, hydrogen move to the cathode. In this case, OH- ions will prevail in the cathode space, and chloride and hydroxide anions will move into the anode space. And therefore, water is concentrated in the anode space with a mixture of hydrochloric and sulfuric acids, salt water is concentrated in the cathode space, and purified and disinfected water remains between the first and second diaphragms. In the installation, water from the cathode and anode spaces is discharged and drained. Water moving up along the installation axis due to migration shifts of electrolysis products, gradually gets rid of harmful impurities and is saturated with oxygen.

В отличие от аналога в установке "Изумруд", у которой очищенная вода имеет низкий уровень снижения минерализации, и очищенная вода независимо от схемы подключения носит щелочной характер, что нежелательно для питьевой воды. Очищенная вода у электродиализной установки имеет высокий уровень снижения минерализации, но не производит обеззараживание. Заявляемая установка не имеет вышеуказанных недостатков аналога и прототипа за счет выполненной конструкции. Макеты заявляемого устройства, экспериментально исследованы. В макетах заявляемого устройства уровень снижения минерализации составляет (20.50)% в зависимости от расхода воды, по микробиальному и химическому составу вода соответствует требованиям ГОСТ 28774-82, СаН-ПиН2.1.4.559-96 в части до очистки питьевой воды от хлорорганических соединений, пестицидов, остаточного хлора, а также улучшения органолептических показателей даже при многократном превышении ПДК токсических веществ во входной водопроводной воде. Unlike the analogue in the Emerald installation, in which purified water has a low level of mineralization reduction, and purified water, regardless of the connection scheme, is alkaline in nature, which is undesirable for drinking water. The purified water at the electrodialysis unit has a high level of reduction in mineralization, but does not disinfect. The inventive installation does not have the above disadvantages of the analogue and prototype due to the design. Models of the claimed device, experimentally investigated. In the mock-ups of the inventive device, the level of mineralization reduction is (20.50)% depending on the water flow, according to the microbial and chemical composition, the water meets the requirements of GOST 28774-82, CaN-PiN2.1.4.559-96 in part, before purification of drinking water from organochlorine compounds, pesticides, residual chlorine, as well as improving organoleptic characteristics even with multiple excesses of the MPC of toxic substances in the inlet tap water.

По сравнению с прототипом предлагаемая установка обладает улучшенными техническими и экологическими показателями:
1. Снижает минерализацию питьевой воды.
Compared with the prototype, the proposed installation has improved technical and environmental indicators:
1. Reduces the mineralization of drinking water.

2. Обеспечивает высокую степень обеззараживания питьевой воды. 2. Provides a high degree of disinfection of drinking water.

3. Нормализует питьевую воду по водородному показателю. 3. Normalizes drinking water according to the hydrogen indicator.

Claims (1)

Установка для снижения минерализации и обеззараживания питьевой воды, содержащая проточный электрохимический реактор, состоящий из анода и катода и двух перегораживающих мембран, отличающаяся тем, что в проточном электрохимическом реакторе вдоль его оси установлены первый и второй аноды и катод, первый анод установлен между первой и второй мембранами на расстоянии от одной из мембран, равном t/2, расстояние между мембранами и расстояние между первым анодом и катодом равно t в миллиметрах, при этом
Figure 00000005
мм, где U - значение напряжения на аноде и катоде, В, второй анод и катод установлены снаружи перегораживающих мембран и расстояние между ними вдоль оси реактора от первого анода линейно увеличивается от значения, равного 0,15t, до значения, равного 3t, длина электрохимического реактора L = (20 - 30)t, длина первого анода равна (3 - 5)t.
Installation for reducing the mineralization and disinfection of drinking water, containing a flow-through electrochemical reactor, consisting of an anode and a cathode and two barrier membranes, characterized in that in the flow-through electrochemical reactor, the first and second anodes and the cathode are installed along its axis, the first anode is installed between the first and second membranes at a distance from one of the membranes equal to t / 2, the distance between the membranes and the distance between the first anode and cathode is t in millimeters, while
Figure 00000005
mm, where U is the voltage value at the anode and cathode, B, the second anode and cathode are installed outside the barrier membranes and the distance between them along the axis of the reactor from the first anode linearly increases from a value of 0.15t to a value of 3t, the length of the electrochemical reactor L = (20 - 30) t, the length of the first anode is (3 - 5) t.
RU98117116A 1998-09-14 1998-09-14 Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water RU2155718C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98117116A RU2155718C2 (en) 1998-09-14 1998-09-14 Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98117116A RU2155718C2 (en) 1998-09-14 1998-09-14 Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98117116A RU98117116A (en) 2000-07-20
RU2155718C2 true RU2155718C2 (en) 2000-09-10

Family

ID=20210446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98117116A RU2155718C2 (en) 1998-09-14 1998-09-14 Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2155718C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778446C1 (en) * 2021-12-21 2022-08-18 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Seawater desalination plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛАЗАРЕВ Д.Л. Электрон и химические процессы. - Л.: Химия, 1984, с. 106-108. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778446C1 (en) * 2021-12-21 2022-08-18 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Seawater desalination plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ghernaout et al. Mechanistic insight into disinfection by electrocoagulation—A review
Martínez-Huitle et al. A critical review over the electrochemical disinfection of bacteria in synthetic and real wastewaters using a boron-doped diamond anode
Ghernaout et al. On the dependence of chlorine by-products generated species formation of the electrode material and applied charge during electrochemical water treatment
Ghernaout et al. Disinfecting water: Electrocoagulation as an efficient process
AU2007257247B2 (en) Electrolytic activation of water
RU2064440C1 (en) Method of treating water
Pulkka et al. Electrochemical methods for the removal of anionic contaminants from water–a review
Ghernaout et al. Electrocoagulation Process Intensification for Disinfecting Water—A Review
Garcia-Segura et al. Removal of organic contaminants from secondary effluent by anodic oxidation with a boron-doped diamond anode as tertiary treatment
Ghernaout et al. From chemical disinfection to electrodisinfection: The obligatory itinerary?
RU2119802C1 (en) Device for performing electrochemical treatment of liquid media
US8287702B2 (en) Electrolytic activation of water
US20090321251A1 (en) Electrochemical system and method for the treatment of water and wastewater
Ghernaout et al. Electrochemical advanced oxidation processes (EAOPs) for disinfecting water—fresh perspectives
US20160167985A1 (en) Method for treating wastewater and device for carrying out said method
GB2515324A (en) Electrolytic advance oxidation processes to treat wastewater, brackish and saline water without hydrogen evolution
Ghernaout Towards Enhancing Ozone Diffusion for Water Disinfection—Short Notes
Ghernaout et al. Disinfection by-products (DBPs) control strategies in electrodisinfection
WO2014165998A1 (en) Treatment of a waste stream through production and utilization of oxyhydrogen gas
RU2079438C1 (en) Method and device for treatment of fouled water
Bergmann et al. Chlorate and perchlorate–new criterions for environmentally-friendly processes in Advanced Oxidation
RU2155718C2 (en) Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water
Das et al. Electrocoagulation process for wastewater treatment: applications, challenges, and prospects
WO2013075240A1 (en) Treatment of a waste stream through production and utilization of oxyhydrogen gas
JPH07256297A (en) Purification treatment of livestock excretion