RU2438989C2 - Method of water treatment and reactor to this end - Google Patents
Method of water treatment and reactor to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2438989C2 RU2438989C2 RU2009126011/05A RU2009126011A RU2438989C2 RU 2438989 C2 RU2438989 C2 RU 2438989C2 RU 2009126011/05 A RU2009126011/05 A RU 2009126011/05A RU 2009126011 A RU2009126011 A RU 2009126011A RU 2438989 C2 RU2438989 C2 RU 2438989C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- nozzle
- electrode
- voltage
- jet
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИMETHOD OF WATER TREATMENT AND REACTOR FOR ITS IMPLEMENTATION
Изобретение относится к электрохимии и высоковольтным технологиям обработки воды и может быть использовано для обработки и активирования воды с целью ее очистки, обеззараживания и получения анолита и католита, используемых, например, для производства жидких антиоксидантов, стимулирующих и нормализующих процессы в биологических объектах, для дезинфекции. В частности, оно может быть использовано в таких областях человеческой деятельности, как сельское хозяйство, животноводство и медицина, строительство, коммунальное хозяйство.The invention relates to electrochemistry and high-voltage water treatment technologies and can be used to treat and activate water with the aim of purifying, disinfecting and obtaining anolyte and catholyte, used, for example, for the production of liquid antioxidants that stimulate and normalize processes in biological objects, for disinfection. In particular, it can be used in such areas of human activity as agriculture, animal husbandry and medicine, construction, and public utilities.
Известен способ очистки воды, описанный в патенте СССР 1835161, опубл. 05.11.90 [1], включающий очистку воды путем воздействия высоковольтным электрическим разрядом на диспергированную на капли воду и обработку ее при напряжении 1-35 кВ в газовой среде.A known method of water purification described in USSR patent 1835161, publ. 11/05/90 [1], including the purification of water by exposure to high-voltage electric discharge dispersed in drops of water and processing it at a voltage of 1-35 kV in a gaseous medium.
Данный способ и подобные ему достаточно эффективны для очистки воды с определенными свойствами, но им присущи недостатки, характерные для многих подобных технологий, использующих озон, - это низкий выход самого озона при наличии паров воды или повышенной влажности, способ обладает низкой эффективностью очистки вод, содержащих органику, поскольку низка эффективность синтеза озона и других окислителей на его основе, так как разряд осуществляется в парах воды и в присутствии других, например, органических веществ.This method and the like are effective enough to purify water with certain properties, but they have disadvantages characteristic of many similar technologies using ozone - this is a low yield of ozone itself in the presence of water vapor or high humidity, the method has a low efficiency of purification of waters containing organic matter, since the synthesis efficiency of ozone and other oxidizing agents based on it is low, since the discharge is carried out in water vapor and in the presence of other, for example, organic substances.
Реактор очистки воды по приведенному способу содержит вертикальный цилиндрический корпус, размещенные в нем электроды с изоляторами и патрубки для ввода и вывода воды, которые размещены на крышке и днище соответственно, причем в верхней части корпуса расположена горизонтальная перфорированная перегородка, а электроды установлены таким образом, что отношение диаметра отверстия перегородки к расстоянию между перегородкой и электродами составляет 0,0005-0,1.The water purification reactor according to the above method comprises a vertical cylindrical body, electrodes with insulators placed in it, and water inlet and outlet pipes, which are placed on the lid and bottom, respectively, with a horizontal perforated partition in the upper part of the body, and the electrodes installed in such a way that the ratio of the diameter of the baffle hole to the distance between the baffle and the electrodes is 0.0005-0.1.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ очистки воды путем воздействия высоковольтным импульсным разрядом [2].Closest to the claimed method is a method of purifying water by exposure to high-voltage pulse discharge [2].
Способ-прототип основан на том, что предварительно сформированную рабочую струю воды пропускают в газовой среде через последовательный ряд сопел-электродов, между которыми зажигают высоковольтный импульсный разряд, параметры которого удовлетворяют соотношению рtф≥F(Е/р), где р - давление газа между соплами, Па; tф - время формирования разряда, с; Е - напряженность электрического поля между соплами, E=U/d; U - амплитуда импульса воздействующего напряжения, В; d - расстояние между соплами, м; F - коэффициент, определяемый параметрами газовой среды и лежащий в диапазоне 8<F<10 [2].The prototype method is based on the fact that a preformed working stream of water is passed in a gaseous medium through a series of nozzle electrodes between which a high-voltage pulse discharge is ignited, the parameters of which satisfy the ratio ptf≥F (E / p), where p is the gas pressure between nozzles, Pa; tf — time of discharge formation, s; E is the electric field strength between the nozzles, E = U / d; U is the amplitude of the pulse of the acting voltage, V; d is the distance between the nozzles, m; F is a coefficient determined by the parameters of the gaseous medium and lying in the range of 8 <F <10 [2].
Недостатком способа-прототипа является то, что обработке подвергается только тот объем воды, который проходит через область высоковольтного импульсного газового разряда, остальная же часть воды остается необработанной. Способ требует подачи на электроды достаточно высокого напряжения в несколько десятков кВ, способного вызвать пробой воздушного промежутка, что приводит к повышенным энергозатратам. Импульсное напряжение и импульсный разряд в воздухе приводит к значительным электромагнитным излучениям в окружающую среду. Эти электромагнитные излучения наводят ЭДС в электрических цепях, создают помехи в электронных устройствах, создают в электрических и электронных цепях значительные перенапряжения, способные вывести из строя электрическую и электронную аппаратуру. Эти же электромагнитные наводки отрицательно влияют на здоровье людей и животных. Кроме того, амплитуду импульсного напряжения U, длительность импульса tф и давления р необходимо выбирать из определенного соотношения, в котором присутствует, на наш взгляд, неопределенный коэффициент F, неясно каким образом определяемый параметрами газовой среды, что существенно усложняет способ. Помимо этого, способ-прототип не позволяет изменять значение водородного показателя рН, ограничивая тем самым область применения обработанной воды.The disadvantage of the prototype method is that only the volume of water that passes through the region of the high-voltage pulsed gas discharge is subjected to treatment, while the rest of the water remains untreated. The method requires the supply to the electrodes of a sufficiently high voltage of several tens of kV, which can cause a breakdown of the air gap, which leads to increased energy consumption. Pulsed voltage and pulsed discharge in air leads to significant electromagnetic radiation into the environment. These electromagnetic radiation induce EMF in electrical circuits, interfere with electronic devices, and create significant overvoltages in electrical and electronic circuits that can damage electrical and electronic equipment. The same electromagnetic interference negatively affects the health of people and animals. In addition, the amplitude of the pulse voltage U, the pulse duration tf and pressure p must be selected from a certain ratio, in which, in our opinion, an indefinite coefficient F is present, it is unclear how it is determined by the parameters of the gas medium, which significantly complicates the method. In addition, the prototype method does not allow you to change the pH value of the pH, thereby limiting the scope of the treated water.
Использование обработанной по способу-прототипу с применением устройства-прототипа воды в коммунальном хозяйстве приводит к образованию осадка и накипи в трубах коммунального хозяйства.The use of water processed by the prototype method using the prototype device in public utilities leads to the formation of sediment and scale in the pipes of the public utilities.
Все перечисленные недостатки способа-прототипа снижают эффективность обработки воды.All of the listed disadvantages of the prototype method reduce the efficiency of water treatment.
Реактор очистки воды, реализующий способ-прототип содержит вертикальный цилиндрический корпус, размещенные в нем электроды с изоляторами и патрубки для ввода и вывода воды, которые размещены на крышке и днище соответственно, причем в верхней части корпуса расположена горизонтальная перфорированная перегородка, а электроды установлены таким образом, что отношение диаметра отверстия перегородки к расстоянию между перегородкой и электродами составляет 0,0005-0,1. Недостатками является низкая эффективность очистки воды и сложность обеспечения столь малого зазора между перегородкой и электродами.The water purification reactor that implements the prototype method comprises a vertical cylindrical body, electrodes with insulators placed in it, and water inlet and outlet pipes, which are placed on the lid and bottom, respectively, with a horizontal perforated partition in the upper part of the body, and the electrodes are installed in this way that the ratio of the diameter of the hole of the partition to the distance between the partition and the electrodes is 0.0005-0.1. The disadvantages are the low efficiency of water treatment and the difficulty of ensuring such a small gap between the partition and the electrodes.
Основной задачей, на решение которой направлены заявленный способ очистки воды и реактор для его осуществления, является повышение эффективности очистки воды - получение чистой воды при меньших энергозатратах, упрощение способа, исключение переменных электромагнитных излучений в окружающую среду и расширение области применения обработанной воды путем создания возможности изменения водородного показателя воды рН и изменения свойств воды путем ее омагничивания.The main task to be solved by the claimed method of water purification and the reactor for its implementation is to increase the efficiency of water purification — obtaining clean water at lower energy consumption, simplifying the method, eliminating variable electromagnetic radiation into the environment and expanding the scope of the treated water by creating the possibility of changing pH of water and changes in the properties of water by magnetizing it.
На фиг.1 представлена схема реактора, реализующего заявляемый способ. На фиг.2 приведена схема электрическая коммутатора напряжения.Figure 1 presents a diagram of a reactor that implements the inventive method. Figure 2 shows a diagram of an electrical voltage switch.
Фиг.1 и фиг.2 служат для пояснения сущности изобретения.Figure 1 and figure 2 serve to explain the essence of the invention.
Реактор для обработки воды (фиг.1) содержит патрубок 1 для ввода воды с рабочим соплом 2, формирующим рабочую струю, и два электрода 3 и 4, высоковольтный источник постоянного напряжения 5, высоковольтный кабель 6, крышку сопла 7, электромагнит 8, держатель электромагнита 9, два датчика уровня воды (католита и анолита) 10 и 11, коммутатор 12, два водосборника 13 и 14, крепежные детали 15, переключатель полярности высоковольтного напряжения 16, электромагнитные клапаны слива католита и анолита 17 и 18, уплотняющие прокладки 19 и 21, датчик уровня воды 20. При этом патрубок для ввода воды 1, крышка сопла 7, рабочее сопло 2 и водосборники 13 и 14 выполнены из капролактама. Причем патрубок для ввода воды 1 выполнен в виде цилиндрической трубки, патрубок герметически вмонтирован в крышку рабочего сопла 2 и имеет сообщение с цилиндрической выемкой в верхней части рабочего сопла 2. Рабочее сопло 2 выполнено в виде цилиндрического тела, в верхней и нижней части которого выполнены две несквозные цилиндрические выемки, разделенные друг от друга перегородкой, по центральной оси которой выполнено сквозное отверстие. В верхней части перегородки выполнены несквозные отверстия с резьбой и имеется проточка под уплотняющую прокладку 19. На верхнем торце рабочего сопла 2 также имеются несквозные отверстия с резьбой и круговая проточка под уплотняющую прокладку 21. Крышка сопла 7 выполнена в виде цилиндрического диска, в центральной части которой выполнено сквозное отверстие под патрубок для ввода воды 1. Другое отверстие для подвода кабеля 6 к фланцу высоковольтного электрода 3 смещено относительно центра. Крышка 7 снабжена сквозными отверстиями, совпадающими с несквозными отверстиями с резьбой, расположенными на торцевой части рабочего сопла. Диаметр этих отверстий соответствует диаметру крепежных болтов 15. На внутренней стороне крышки закреплен датчик уровня воды 20. Высоковольтный электрод 3 выполнен из электропроводного материала. В верхней части электрод имеет контактный плоский фланец, диаметр которого равен диаметру верхнего цилиндра выемки рабочего сопла. Ниже контактного фланца электрод 3 выполнен в виде конического тела, внутри которого имеется сквозная полость. Крышка сопла 7 крепится к рабочему соплу 2 при помощи крепежных деталей. Фланец высоковольтного электрода присоединяется крепежными деталями к перегородке, расположенной внутри сопла. Коническая часть электрода вводится через сквозное отверстие перегородки в нижнюю цилиндрическую полость рабочего сопла 2. Другой электрод 4 выполнен из проводящего материала в виде плоского диска, который установлен под днищем водосборников 13 и 14, причем плоскость указанного электрода перпендикулярна центральной оси рабочего сопла 2. Держатель электромагнита 9 выполнен в виде скобы, концы которой прикреплены к стенкам водосборников 13 и 14. Держатель электромагнита в центральной части имеет гнездо для расположения в нем электромагнита 8. Электромагнит 8 расположен в газовой среде и закреплен в гнезде на держателе электромагнита 9. Оба водосборника выполнены в виде единого сосуда, внутри которого установлена герметичная водонепроницаемая перегородка, делящая этот сосуд на две равные симметричные части. Датчики уровня воды (католита и анолита) 10 и 11 закреплены на внутренних стенках водосборников 13 и 14. Водосборники 13 и 14 снабжены электромагнитными клапанами для слива католита и анолита 17 и 18. Выходы датчиков уровня воды (католита и анолита) 10 и 11, выход датчика уровня воды 20 соединены с входом коммутатора 12, выход которого связан с входом высоковольтного источника постоянного напряжения 5 и входом электромагнитных клапанов подачи воды 22, слива католита и анолита 17 и 18. Входы электромагнитных клапанов для слива католита и анолита 17 и 18 присоединены через соответствующие выключатели к блоку питания 23 (см. фиг.2), расположенному в коммутаторе 12. Источник высокого напряжения 5 электрически подключен к высоковольтному кабелю 6, который через отверстие в крышке электрически соединен с контактным фланцем высоковольтного электрода 3. Заземленный выход источника высокого напряжения 5 присоединен к заземленному электроду 4.The water treatment reactor (Fig. 1) contains a pipe 1 for introducing water with a working nozzle 2 forming a working jet, and two
Сущность изобретения заключается в следующем. При включении переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 в положение «католит» срабатывает коммутатор 12 и выдает сигнал на электромагнитный клапан подачи воды на обработку 22 и на источник высоковольтного постоянного напряжения 5. По этому сигналу клапан подачи воды 22 открывается, а на выходе постоянного высоковольтного напряжения 5 вырабатывается отрицательный потенциал. Обрабатываемая вода через патрубок для ввода воды 1 поступает в рабочее сопло 2 и из него во внутреннюю полость высоковольтного полого электрода 3. Для предотвращения вытекания воды из сопла в проточки на торцевой части сопла 2 и перегородке между цилиндрическими выемками сопла проложены уплотняющие резиновые прокладки 19 и 21.The invention consists in the following. When you turn on the polarity switch of the
Вода, поступившая во внутреннюю полость высоковольтного электрода 3, соприкасается с поверхностью этой полости. При этом, если переключатель полярности высоковольтного напряжения 16 стоит в положении «католит» и подключен к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения 5, то на электрод 3 через высоковольтный кабель 6 подан высоковольтный отрицательный потенциал. Абсолютная величина потенциала, независимо от знака потенциала на электроде 3, должна лежать в диапазоне от 1 до 5 кВ. При напряжении ниже 1 кВ эффективность обработки воды резко снижается. При потенциале более 5 кВ возникает опасность возникновения пробоя воздушного промежутка между электродами. Если переключатель полярности высоковольтного напряжения 16 включен на позицию «католит», и на высоковольтный электрод 3 (см. фиг.1) подан отрицательный потенциал, от высоковольтного источника напряжения 5, то при прохождении воды вдоль внутренней поверхности высоковольтного электрода 3 происходят следующие физические процессы.Water entering the internal cavity of the high-
Молекулу воды в упрощенном виде можно представить в виде H+OH-. Поскольку вода является полярной жидкостью, то молекулы воды, соприкасаясь с отрицательным электродом, поляризуются (деформируется), притягиваясь положительно заряженным ионом водорода к электроду. Молекулы воды, подходя к высоковольтному электроду 3 и проходя внутри его полости, поляризуются и превращаются в диполи.The water molecule in a simplified form can be represented as H + OH - . Since water is a polar liquid, water molecules in contact with the negative electrode polarize (deform), being attracted by a positively charged hydrogen ion to the electrode. Water molecules, approaching the high-
Эта «деформация» молекул воды усиливается при подходе в полости электрода к его острийной части, где напряженность поля существенно выше, чем вблизи остальной части этого же электрода. Происходит диссоциация молекулы воды на положительно заряженный ион водорода H+ и отрицательно заряженную гидроксильную группу ОН-. Положительно заряженный ион водорода Н+ вырывает электрон с поверхности электрода (в рассматриваемом случае с катода). Этот электрон нейтрализует положительно заряженный ион Н+ и ион превращается в нейтральный атом. Атомы водорода Н+Н=Н2 соединяются между собой в молекулу H2 и водород выделяется в окружающую среду. В воде, прошедшей вдоль поверхности внутренней полости высоковольтного отрицательно заряженного электрода, накапливаются в избытке отрицательно заряженные ионы гидроксильной группы ОН-. Отрицательно заряженные ионы гидроксильной группы образуют щелочную воду (католит). За счет того, что частицы воды, прошедшие вблизи острийной части отрицательно заряженного электрода, приобретают избыточный отрицательный заряда, они (эти заряженные частицы воды), проходя через внутреннюю полость электрода 3 и сквозное отверстие для выхода струи воды из полости этого электрода, расположенное в нижней конусообразной части электрода 3, притягиваются к заземленному электроду 4, который, в этом случае, выполняет роль анода. Вода, попадая в сосуд для сбора жидкости 9, приобретает щелочные свойства (католит).This "deformation" of water molecules is intensified when approaching the tip of the electrode in the cavity, where the field strength is much higher than near the rest of the same electrode. The dissociation of a water molecule into a positively charged hydrogen ion H + and a negatively charged hydroxyl group OH - occurs. A positively charged hydrogen ion H + ejects an electron from the electrode surface (in the case under consideration, from the cathode). This electron neutralizes the positively charged H + ion and the ion turns into a neutral atom. Hydrogen atoms H + H = H 2 are interconnected into a H 2 molecule and hydrogen is released into the environment. In water, which has passed along the surface of the inner cavity of a high-voltage negatively charged electrode, negatively charged ions of the hydroxyl group OH - accumulate in excess. Negatively charged ions of the hydroxyl group form alkaline water (catholyte). Due to the fact that water particles passing near the tip of the negatively charged electrode acquire an excess negative charge, they (these charged water particles) passing through the internal cavity of the
Формирование струи происходит непосредственно при прохождении внутренней сквозной полости электрода 3 и выходного отверстия из этой полости, расположенное в нижней части высоковольтного электрода. После того, как струя сформирована, при выходе ее из сопла в газовый промежуток, частички воды этой струи несут на себе избыточный отрицательный электростатический заряд. В процессе прохождения струи воды в области действия электромагнита 8, напряженность которого направлена перпендикулярно оси сформированной струи, на отрицательно заряженные частички струи начинает действовать сила Лоренца. Заряженные частички воды начинают отклоняться от своего первоначального направления. Направление их отклонения определяется по правилу левой руки. Заряженные частички воды связаны с остальными частицами струи воды силами сцепления. За счет этого вся струя начинает изгибаться, а направление изгиба струи определяется также по правилу левой руки. Пусть отрицательно заряженные частички движутся со струей воды вниз (см. фиг.1). Пусть напряженность магнитного поля Н электромагнита 8 направлена к нам (см. фиг.1 отмечено знаком +). Тогда струя воды по закону левой руки будет изгибаться по направлению от нас вправо. Угол наклона струи воды по отношению к оси струи будет определяться результирующей силой, складывающейся из трех сил: силы гравитации, действующей на частицы воды, электрической силы, определяемой напряженностью электрического поля, и магнитной силы. При неизменном потенциале на высоковольтном электроде, неизменной конфигурации и размерах сопла, электродов и других элементах устройства для обработки воды угол изгиба воды будет определяться только напряженностью магнитного поля Н, чем выше напряженность магнитного поля, тем ближе угол изгиба струи воды относительно вертикальной оси симметрии устройства к 90 градусам. Напряженность магнитного поля в области струи при использовании электромагнита можно изменять двумя способами - путем изменения величины намагничивающего тока в катушке электромагнита или путем изменения расстояния от электромагнита до струи.The formation of the jet occurs directly during the passage of the internal through cavity of the
Плавно, изменением напряженности магнитного поля можно изменять угол изгиба струи, и за счет этого добиться того, чтобы струя воды, например католита, изливалась в один из двух водосборников (см. фиг.1. водосборник для католита).Smoothly, by changing the magnetic field strength, you can change the angle of the bend of the jet, and due to this, to ensure that a stream of water, such as catholyte, poured into one of two water collectors (see figure 1. Catheter for catholyte).
Перед процессом обработки воды предварительно задаются ее контрольным уровнем h3 в каждом из водосборников. Выбор величины h3 определяется условиями конкретной технической задачи, которая в каждом конкретном случае определяется техническими условиями. Например, выбор величины h3 из соотношения 0,95h≥h3≥0,9h, где h - высота водосборника, обусловлен следующими условиями. Выбор величины h3=0,95 h гарантирует то, что водосборник будет практически полностью (на 95%) заполнен водой. Если выбрать величину h3 больше чем 0,95 h, то будет существовать опасность того, что в результате некоторых случайных отклонений в процессе обработки воды и в процессе коммутации напряжения она может переполнить водосборник и из него начнет выливаться обработанная вода. Если выбрать величину h3 меньше чем 0,9 h, то это приведет к неоправданно частому переключению полярности потенциала на высоковольтном электроде, причем эти переключения будут происходить тогда, когда еще имеется достаточно большой объем (около 10 и более процентов) незаполненного обработанной водой объема водосборника, что нерационально.Before the water treatment process, it is preliminarily set by its control level h 3 in each of the water collectors. The choice of h 3 is determined by the conditions of a specific technical task, which in each case is determined by technical conditions. For example, the choice of the value of h 3 from the ratio of 0.95h≥h 3 ≥0.9h, where h is the height of the catchment, is due to the following conditions. The choice of the value of h 3 = 0.95 h ensures that the catchment will be almost completely (95%) filled with water. If you choose a value of h 3 greater than 0.95 h, there will be a danger that as a result of some random deviations during the treatment of water and during the switching of the voltage, it may overfill the catchment and treated water will begin to pour out of it. If you select a value of h 3 less than 0.9 h, this will lead to unjustifiably frequent switching of the polarity of the potential on the high-voltage electrode, and these switching will occur when there is still a sufficiently large volume (about 10 percent or more) of the volume of the catchment that is not filled with water that is irrational.
После того как один из водосборников заполнится водой (например, католитом), что произойдет при достижении уровнем обрабатываемой воды в водосборнике заданного контрольного значения уровня h3, один из датчиков уровня воды, например датчик уровня воды (католита) 10, выдает сигнал на коммутатор 12, по которому электромагнитный клапан подачи воды 22 закрывается, а источник высокого постоянного напряжения 5 отключается. При переключении переключателя высоковольтного напряжения 16 на позицию «анолит», включается источник высокого постоянного напряжения, а клапан 22 подачи воды на обработку открывается. Знак потенциала на выходе источника высокого постоянного напряжения 5 изменяется на противоположный. В связи с этим знак потенциала на высоковольтном электроде 3 также изменяется на противоположный (положительный).After one of the water collectors is filled with water (for example, catholyte), which will happen when the level of the treated water in the water collector reaches the specified control value of level h 3 , one of the water level sensors, for example, the water level sensor (catholyte) 10, gives a signal to the
При изменении знака потенциала на высоковольтном электроде с отрицательного на положительный, физические процессы, протекающие в струе воды, будут происходить по-иному.When the sign of the potential at the high-voltage electrode changes from negative to positive, the physical processes occurring in a stream of water will occur in a different way.
Поскольку вода является полярной жидкостью, то, подходя к высоковольтному электроду, молекулы воды поляризуются и превращаются в диполи.Since water is a polar liquid, approaching a high-voltage electrode, water molecules polarize and turn into dipoles.
Отрицательно заряженный ион гидроксильной группы ОН- отдает электрон в положительно заряженный электрод 3 (анод), превращаясь в нейтральные гидроксильные группы, которые, соединяясь между собой, образуют молекулы воды, и атому кислорода, которые, соединяясь между собой, выделяются в окружающую среду. В воде, прошедшей обработку при положительном потенциале на электроде, возникает избыточное содержание положительно заряженных ионов Н+, и обработанная вода, поступающая в сосуд для сбора обработанной жидкости 14, приобретает кислотный характер (анолит).A negatively charged ion of the hydroxyl group OH - gives an electron to a positively charged electrode 3 (anode), turning into neutral hydroxyl groups, which, when joined together, form water molecules, and an oxygen atom, which, when joined together, are released into the environment. In the water treated with a positive potential at the electrode, an excess of positively charged H + ions occurs, and the treated water entering the vessel to collect the treated liquid 14 acquires an acidic character (anolyte).
Гидроксильные группы, после отдачи электрона, соединяются друг с другом, образуя молекулы воды и кислород, молекулы которого выделяются в окружающую среду. Избыток положительно заряженных ионов водорода H+ образует кислотную среду (анолит). После того как струя сформирована, при выходе ее из сопла в газовый промежуток, частички воды этой струи несут на себе избыточный положительный электростатический заряд. В процессе прохождения струи воды в области магнитного поля, напряженность которого направлена перпендикулярно оси сформированной струи, на положительно заряженные частички струи начинает действовать со стороны электромагнита сила Лоренца. Заряженные частички воды начинают отклоняться от своего первоначального направления. Направление их отклонения определяется по правилу левой руки. Заряженные частички воды связаны с остальными частицами струи воды силами сцепления. За счет этого вся струя начинает изгибаться, и направление изгиба струи определяется также по правилу левой руки. Пусть положительно заряженные частички движутся со струей вниз (см. фиг.1). Пусть, по прежнему, напряженность магнитного поля Н направлена к нам перпендикулярно плоскости листа (см. фиг.1). Тогда струя воды по закону левой руки будет изгибаться по направлению от нас влево. Если водосборник установить так, чтобы ось симметрии неизогнутой струи воды падала на центральную часть перегородки и проходила по средней линии перегородки, а водосборник был установлен так, чтобы одна его половина находилась от нас слева, а другая часть справа, то в течение времени подачи на высоковольтный электрод отрицательного потенциала, в части водосборника, расположенной относительно нас справа, скапливается щелочная вода (католит), а при изменении полярности потенциала на высоковольтном электроде, в части водосборника, расположенной к нам слева, скапливается кислотная вода (анолит). После того как этот второй из водосборников заполнится водой (анолитом), что произойдет при достижении уровнем обрабатываемой воды в водосборнике заданного контрольного значения уровня h3, второй из датчиков уровня воды, например датчик уровня воды (анолита) 11, выдает сигнал на коммутатор 12, по которому электромагнитный клапан 22 закрывается, а источник постоянного высокого напряжения 5 обесточивается. При необходимости слива к потребителю католита или анолита, к катушкам электромагнитных клапанов 17 или 18 через соответствующий переключатель подключается источник в 12 В, расположенный в коммутаторе (см. фиг.2 позиция 23). При подключении напряжения к катушке электромагнита соответствующего клапана 17 или 18, соответствующий клапан открывается и католит или анолит поступает к потребителю. При отключении питания с катушек клапанов 17 или 18 эти клапана закрываются и процедуру получения католита и анолита, описанную выше, можно повторять вновь.Hydroxyl groups, after the recoil of an electron, combine with each other, forming water molecules and oxygen, the molecules of which are released into the environment. An excess of positively charged hydrogen ions H + forms an acidic medium (anolyte). After the jet is formed, when it exits the nozzle into the gas gap, the water particles of this jet carry an excess positive electrostatic charge. During the passage of a water jet in a magnetic field, the intensity of which is directed perpendicular to the axis of the formed jet, the Lorentz force begins to act on the electromagnet positively charged particles of the jet. The charged particles of water begin to deviate from their original direction. The direction of their deviation is determined by the rule of the left hand. Charged particles of water are bonded to the remaining particles of a jet of water by adhesion forces. Due to this, the entire jet begins to bend, and the direction of the bend of the jet is also determined by the rule of the left hand. Let the positively charged particles move with the jet down (see figure 1). Let, as before, the magnetic field H be directed to us perpendicular to the plane of the sheet (see Fig. 1). Then the jet of water according to the law of the left hand will bend in the direction from us to the left. If the sump is set so that the axis of symmetry of the non-curved stream of water falls on the central part of the septum and passes along the midline of the septum, and the sump is installed so that one half of it is on our left and the other part on the right, then during the time of the high-voltage supply an electrode of negative potential, alkaline water (catholyte) accumulates in the part of the water collector located relative to us on the right, and when the polarity of the potential changes, the high-voltage electrode, in the part of the water collector, is located ennoy us left accumulates acidic water (anolyte). After this second of the water collectors is filled with water (anolyte), which will happen when the level of the treated water in the water tank reaches the specified control value of level h 3 , the second of the water level sensors, for example, the water level sensor (anolyte) 11, gives a signal to the
Если в процессе обработки воды в ней содержатся биообъекты, например бактерии, то они, проходя в области высокой напряженности электрического поля вблизи острийной части высоковольтного электрода, поляризуются и деформируются, что приводит к их инактивации.If in the process of water treatment it contains bioobjects, for example bacteria, then, passing in the region of high electric field strength near the tip part of the high-voltage electrode, they are polarized and deformed, which leads to their inactivation.
Пример конкретного выполнения. Для реализации заявляемого способа и реактора была собрана установка, изображенная на фиг.1. Патрубок для ввода воды 1, рабочее сопло 2, крышка 7 и сосуды для сбора обработанной жидкости 10 были выполнены из полиэтилена. Рабочее сопло имело форму цилиндра, диаметром 100 мм и высотой 120 мм. Внутри рабочего сопла были выполнены цилиндрические выемки, одна из которых была выполнена в верхней, а другая в нижней части сопла 2. Эти выемки были разделены перегородкой, толщиной 40 мм, с отверстием под высоковольтный электрод 3. Диаметр верхнего цилиндра выемки был равен 60 мм, а его высота 50 мм. Диаметр нижнего цилиндра выемки был равен 80 мм, а его высота 30 мм. В перегородке, разделяющей цилиндрические выемки сопла, по центру было выполнено сквозное отверстие диаметром 20 мм. В верней плоскости перегородки было выполнено 6 несквозных отверстий с резьбой М 5 под крепежные детали, которые были симметрично распределены по окружности 50 мм.An example of a specific implementation. To implement the inventive method and reactor, the assembly depicted in figure 1 was assembled. The pipe for introducing water 1, the working nozzle 2, the cap 7 and the vessels for collecting the treated liquid 10 were made of polyethylene. The working nozzle was in the form of a cylinder with a diameter of 100 mm and a height of 120 mm. Cylindrical recesses were made inside the working nozzle, one of which was made in the upper and the other in the lower part of nozzle 2. These recesses were separated by a 40 mm thick partition with a hole for the high-
В верхней части перегородки была выполнена проточка под уплотнитель 19. Глубина этой проточки была равна 5 мм, а ее ширина 6 мм. Диаметры окружности этой проточки были равны соответственно 22 мм и 34 мм.A groove under the
На верхнем торце рабочего сопла 2 было выполнено 6 несквозных отверстий с резьбой под болты М 5. Эти отверстия с резьбой симметрично располагались на окружности диаметром 86 мм. На верхнем торце сопла была выполнена проточка под уплотнитель 21. Диаметры окружностей этой проточки были равны соответственно 64 мм и 72 мм, а глубина этой проточки была равной 5 мм. Высоковольтный электрод был выполнен в виде усеченного полого конуса, на большем основании которого был выполнен круглый плоский фланец диаметром 48 мм и толщиной 10 мм. В центре фланца было выполнено сквозное отверстие диаметром 8 мм. На фланце, симметрично по окружности диаметром 30 мм, было выполнено 6 сквозных отверстий. Диаметры этих отверстий были рассчитаны под крепежные детали и были равны 5,2 мм. Высоковольтный электрод 3 ниже фланца был выполнен в виде усеченного перевернутого конуса с большим (верхним) основанием, равным 20 мм, а с нижнем (меньшим) основанием, равным 10 мм. Внутри конуса по центру была выполнена цилиндрическая полость, диаметром 8 мм. Фланец высоковольтного электрода 3 был прикреплен к перегородке сопла крепежными винтами М 5. Крышка 7 рабочего cопла была выполнена из капролактамового листа толщиной 10 мм. Диаметр крышки был равен 100 мм. По центру крышки 7 был выполнен патрубок для подвода воды 1. Патрубок 1 был выполнен в виде трубы с внешним диаметром 20 мм и внутренним диаметром 15 мм. Высота патрубка была равна 40 мм. Крышка 7 и патрубок 1 были изготовлены из единой блочной заготовки из капролактама. В крышке 7 было выполнено сквозное отверстие для ввода высоковольтного кабеля 6, диаметром 20 мм, смещенное от центральной оси сопла на расстояние 18 мм сквозное отверстие диаметром 15 мм, служащее для подвода жилы высоковольтного кабеля 6 к фланцу высоковольтного электрода 3. На крышке 7 было выполнено 6 сквозных отверстий с диаметром 5,1 мм. Эти отверстия симметрично располагались на окружности диаметром 80 мм. Крышка 3 крепилась к торцу рабочего сопла при помощи шести болтов с резьбой М 5. Электрод 3 был выполнен из нержавеющей стали. Жила высоковольтного кабеля 6 была электрически подсоединена к фланцу высоковольтного электрода 3. В устройстве, изображенном на фиг.1, использовались следующие элементы:At the upper end of the working
18 - электромагнитный клапан слива анолита. При необходимости получения анолита на катушку клапана 18 подается напряжение +12В. Срабатывает клапан, открывая канал поступления анолита из емкости.18 - electromagnetic valve drain anolyte. If it is necessary to obtain anolyte, a voltage of + 12V is applied to the
17 - электромагнитный клапан слива католита. При необходимости получения католита на катушку клапана 18 подается напряжение +12В. Срабатывает клапан, открывая канал поступления католита из емкости.17 - solenoid drain valve catholyte. If it is necessary to obtain catholyte, a voltage of + 12V is applied to the
22 - электромагнитный клапан подачи воды на обработку. На катушку клапана 22 подается напряжение +12В. Срабатывает клапан, открывая канал поступления воды на обработку.22 - electromagnetic valve for supplying water for processing. A voltage of + 12V is applied to the coil of the
16 - переключатель полярности высоковольтного напряжения. Тумблер. Ручное управление. Переключается при необходимости получения католита или анолита.16 - polarity switch high voltage. Toggle switch. Manual control. Switches if necessary to obtain catholyte or anolyte.
12 - коммутатор. Осуществляет, по команде от переключателя полярности 16, коммутацию полярности высоковольтного напряжения, а также осуществляет управление подачей воды на обработку по сигналам с переключателя полярности 16, датчика уровня католита 13, датчика уровня анолита 14 и датчика уровня воды 20.12 - switch. Carries out, at the command of the
Схема электрическая коммутатора 12 приведена на фиг.2.The electrical circuit of the
Коммутатор предназначен для выбора полярности напряжения, и, следовательно, выбора технологии приготовления анолита или католита.The switch is designed to select the polarity of the voltage, and, therefore, the choice of technology for the preparation of anolyte or catholyte.
Работа коммутатора 12 и процесс переключения полярности выходного напряжения поясняет схема электрическая коммутатора, приведенная на фиг.2The operation of the
К входам переключателя высоковольтного напряжения 16 подключаются положительный и отрицательный выходы высоковольтного источника напряжения 5. По команде оператора, при положении переключателя высоковольтного напряжения 16 в положение «анолит», к выходу коммутатора 12 и к электроду 3 установки подключается положительная цепь высоковольтного источника, отрицательная цепь высоковольтного источника подключается к электроду 4 и к заземлению установки.The positive and negative outputs of the high voltage voltage source 5 are connected to the inputs of the
При переключении переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 в положение «католит» к выходу переключателя высокого напряжения и к электроду 3 установки подключается отрицательная цепь высоковольтного источника, положительная цепь высоковольтного источника подключается к электроду 4 и к заземлению установки.When switching the polarity switch of the
Если переключатель полярности высоковольтного напряжения 16 находится в положении «анолит», коммутатор по датчику уровня воды (анолита) 11 контролирует наличие предельного уровня анолита в ванне. При срабатывании датчика уровня воды 11 (наличия предельного уровня анолита) отключается высокое напряжение и отключается электромагнитный клапан подачи воды 22. В этом случае работа установки возможна только в режиме получения католита, после переключения переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 в положение «католит».If the polarity switch high-
В качестве высоковольтного источника 5 использовался источник, настроенный на выходное напряжение +2.5 кВ, выполненный по схеме, изображенной рис.1.81 в работе (Костиков В.Г., Никитин И.Е. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. - М.: Радио и связь, 1986. - 200 с.: ил., стр.83).As a high-voltage source 5, we used a source tuned to an output voltage of +2.5 kV, made according to the circuit shown in Fig. 1.81 in (Kostikov V.G., Nikitin I.E. REA high-voltage power sources. - M.: Radio and Svyaz, 1986. - 200 pp., ill., p. 83).
Датчиками уровня воды (католита, анолита и воды) 10, 11, 20 служили емкостные датчики CSN EC46B8-31P-8-LZS4-H-P1 научной производственной компании «ТЭКО». В качестве электромагнитных затворов 17, 18, 21 были взяты электромагнитные клапаны марки Danfoss EV220D Ду10 Kvs0,7 производства Danfoss. Напряжение питания датчиков уровня воды и обмоток электромагнитных клапанов составляет +12В и подается от блока питания 23, расположенного в коммутаторе (см. фиг.2). В качестве переключателя полярности высоковольтного напряжения 16 использовался тумблер МТ1.The water level sensors (catholyte, anolyte and water) 10, 11, 20 were capacitive sensors CSN EC46B8-31P-8-LZS4-H-P1 of the scientific production company TEKO. As
Коммутатор 12 был выполнен по схеме, приведенной на фиг.2.The
Нагрузкой датчиков уровня анолита, католита и воды являются обмотки электромагнитных реле К1-К3 фирмы Тусо Electronics V23105A5003A201 (Электронные компоненты. ООО «Рлатан», 2005 г. стр.209).The load of anolyte, catholyte, and water level sensors is the windings of electromagnetic relays K1-K3 manufactured by Tuso Electronics V23105A5003A201 (Electronic components. Rlatan LLC, 2005, p. 209).
При достижении анолитом предельного уровня срабатывает датчик уровня воды (анолита) 11, срабатывает реле К2, своими контактами К2.1 блокирующее положительное высоковольтное напряжение. Одновременно с этим схемой ИЛИ, выполненной на VD1, VD2, R1, закрывается клапан подачи воды 21.When the anolyte reaches the limit level, the water level sensor (anolyte) 11 is activated, the relay K2 is activated, its contacts K2.1 blocking the positive high-voltage voltage. Simultaneously with this OR circuit, performed on VD1, VD2, R1, the
При достижении католитом предельного уровня срабатывает датчик уровня воды (католита) 10, срабатывает реле К3, своими контактами К3.1 блокирующее отрицательное высоковольтное напряжение. Одновременно с этим схемой ИЛИ, выполненной на VD1, VD2, R1, закрывается клапан подачи воды 21.When the catholyte reaches the maximum level, the water level sensor (catholyte) 10 is activated, the K3 relay is activated, with its K3.1 contacts blocking the negative high-voltage voltage. Simultaneously with this OR circuit, performed on VD1, VD2, R1, the
VD1, VD2 - диоды фирмы PHILIPS BTA204W-600B (Электронные компоненты ООО «Рлатан» 2005 г. стр.88), резистор R1-МЛТ-0.5 - 10 кОм.VD1, VD2 - diodes of the company PHILIPS BTA204W-600B (Electronic components of LLC Rlatan 2005, p. 88), resistor R1-MLT-0.5 - 10 kOhm.
Коммутацию высокого напряжения осуществляли реле G12 фирмы Gigavac (См. журнал «Современная электроника» №1, 2007 год, стр.26) К4-К7.High voltage switching was performed by Gigavac relay G12 (See Journal of Modern Electronics No. 1, 2007, p. 26) K4-K7.
Блок питания см. фиг.2 (позиция 23) выполнен на DRAN-60-12A фирмы CHINFA (Каталог электронных компонентов 4.1 ООО «Элтех», стр 143, www.eltech.spb.ru).The power supply, see figure 2 (position 23) is made on the DRAN-60-12A firm CHINFA (Catalog of electronic components 4.1 LLC "Eltech", page 143, www.eltech.spb.ru).
При подаче потенциала минус 2,5 кВ на высоковольтный электрод 3, обработанная вода в сосуде для сбора жидкости 13 имела водородный показатель рН, равный 10, т.е. носила щелочной характер. При подаче напряжения +2,5 кВ на высоковольтный электрод 3, обработанная вода в сосуде для сбора жидкости 14 имела водородный показатель рН, равный 3, т, е. приобретала кислотный характер. Анализ воды прошедшей обработку по заявляемому способу в заявляемом реакторе, показал, что жизнеспособные бактерии в обработанной воде, способные к делению, отсутствовали.When a potential of minus 2.5 kV was applied to the
Таким образом, в результате очистки воды при помощи заявляемого способа и реактора для его реализации были достигнуты следующие преимущества по сравнению со способом-прототипом и устройством-прототипом:Thus, as a result of water purification using the proposed method and the reactor for its implementation, the following advantages were achieved in comparison with the prototype method and the prototype device:
- вся обрабатываемая вода, а не только та часть, которая проходит через газоразрядный промежуток, как в прототипе, подвергается обработке высоковольтным напряжением;- all treated water, and not just the part that passes through the gas discharge gap, as in the prototype, is subjected to high-voltage treatment;
- исключается из обработки воды импульсное напряжение и импульсный разряд в воздухе, и соответственно исключаются электромагнитные излучения в окружающую среду, которые наводят ЭДС в электрических цепях, создают помехи в электронных устройствах, инициируют возникновение в электрических и электронных цепях перенапряжений, способных вывести из строя электрическую и электронную аппаратуру;- pulsed voltage and pulsed discharge in air are excluded from water treatment, and, accordingly, electromagnetic radiation into the environment that induces EMF in electric circuits, creates interference in electronic devices, initiates the occurrence of overvoltages in electric and electronic circuits that can damage electrical and electronic equipment;
- исключается отрицательное воздействие электромагнитных наводок на здоровье людей и животных;- eliminates the negative effects of electromagnetic interference on the health of people and animals;
- заявляемый способ и реактор позволяют изменять значение водородного показателя рН, расширяя тем самым область применения обработанной воды. Все перечисленные достоинства заявляемого способа и устройства позволяют по сравнению с прототипами повысить эффективность обработки воды;- the inventive method and the reactor allow you to change the pH value of the pH, thereby expanding the scope of the treated water. All of the listed advantages of the proposed method and device allow, in comparison with prototypes, to increase the efficiency of water treatment;
- заявляемый способ и устройство позволяют не только управлять струей при помощи магнитного поля, но и дополнительно изменять ее свойства в процессе ее омагничивания, предотвращая накипь на стенках водопроводов и бытовых приборов.- the inventive method and device can not only control the jet using a magnetic field, but also additionally change its properties in the process of its magnetization, preventing scale on the walls of water pipes and household appliances.
Источники информации, использованные при составлении изобретенияSources of information used in the preparation of the invention
1. Патент СССР 1835161 A3, МПК С02F 1/46, 05.11.90.1. USSR patent 1835161 A3, IPC С02F 1/46, 11/05/90.
2. Патент RU (11)2213702 (13) C1 (51), 7 C02F 1/46, B01J 19/08. Способ очистки воды путем воздействия высоковольтным импульсным разрядом и реактор для его осуществления // Кривоносенко А.В.; Кривоносенко Д.А.; Трампильцев В.Н.; Хузеев А.П. по заявке: 2002109131/12. Дата подачи заявки: 2002.04.08. Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.04.08. Опубликовано: 2003.10.10. - прототип.2. Patent RU (11) 2213702 (13) C1 (51), 7 C02F 1/46,
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126011/05A RU2438989C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method of water treatment and reactor to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126011/05A RU2438989C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method of water treatment and reactor to this end |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009126011A RU2009126011A (en) | 2011-01-20 |
| RU2438989C2 true RU2438989C2 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009126011/05A RU2438989C2 (en) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Method of water treatment and reactor to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2438989C2 (en) |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009126011/05A patent/RU2438989C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009126011A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6802981B2 (en) | Method for purification and disinfection of water | |
| US5460702A (en) | Apparatus and method for the purification of water | |
| US4119518A (en) | Electrolytic cell for treatment of water | |
| JP3962212B2 (en) | Apparatus and method for molecular polarization in water | |
| JP2000093967A (en) | Method and apparatus for liquid treatment | |
| US8382992B2 (en) | Reducing waterborne bacteria and viruses by a controlled electric field | |
| CN204625269U (en) | There is the tap water electrolysis reactor of self-purification function | |
| JP2006130410A (en) | Liquid treatment method and liquid treatment apparatus | |
| KR101777452B1 (en) | Straight Male Hydrogen Reduction of Water Production Device and Manufacturing Method thereof and thereof use | |
| AU2016231926A1 (en) | System and method to treat fluids by sonoelectrochemistry | |
| EP1162177A1 (en) | Electrostatic fluid purifying device and method of purifying a fluid | |
| CN104628093A (en) | Drinking water electrolytic reactor with self-purifying function | |
| Barillas | Design of a prototype of water purification by plasma technology as the foundation for an industrial wastewater plant | |
| RU2438989C2 (en) | Method of water treatment and reactor to this end | |
| KR100406855B1 (en) | High voltage treatment equipment and method for liquid | |
| RU2466940C2 (en) | Method of water processing and device for its realisation | |
| Johnstone et al. | High voltage disinfection of liquids | |
| RU85469U1 (en) | DEVICE FOR DISINFECTION AND ACTIVATION OF LIQUID | |
| KR100253999B1 (en) | Method for purifying waste water | |
| KR101568174B1 (en) | Electrode unit of electrolysis equiqment for sewage treatment | |
| RU2069187C1 (en) | Apparatus for disinfection of water | |
| KR20060079643A (en) | Apparatus for generating magnetic resonance ionic water using electrolysis equipment and magenetization equipment | |
| WO2006121976A2 (en) | Improvements to water treatment processes | |
| JP4489490B2 (en) | Sewage sterilization using pulse power generated shock wave | |
| KR200381485Y1 (en) | Apparatus for generating magnetic resonance ionic water using electrolysis equipment and magenetization equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160707 |