RU2452690C1 - Device for electrochemical purification of drinking water - Google Patents
Device for electrochemical purification of drinking water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2452690C1 RU2452690C1 RU2011103632/05A RU2011103632A RU2452690C1 RU 2452690 C1 RU2452690 C1 RU 2452690C1 RU 2011103632/05 A RU2011103632/05 A RU 2011103632/05A RU 2011103632 A RU2011103632 A RU 2011103632A RU 2452690 C1 RU2452690 C1 RU 2452690C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- water
- package
- reactor
- anode
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам обеспечения питьевого водоснабжения, в частности к устройствам для электрохимической очистки питьевой воды, и может быть использовано в бытовых условиях для доочистки водопроводной воды, а также для очистки природных вод и доведения ее санитарно-эпидемиологических, физико-химических и органолептических свойств до соответствия требованиям, предъявляемым к питьевой воде.The invention relates to means for providing drinking water supply, in particular to devices for electrochemical treatment of drinking water, and can be used in domestic conditions for the purification of tap water, as well as for the treatment of natural waters and bringing its sanitary-epidemiological, physicochemical and organoleptic properties to compliance with the requirements for drinking water.
Известны бытовые очистители воды, реализующие в своей работе сорбционные и мембранные процессы. Их существенными недостатками являются накопление вредных примесей с последующим их попаданием в обрабатываемую воду, а также деионизация обрабатываемой воды.Known household water purifiers that implement in their work sorption and membrane processes. Their significant disadvantages are the accumulation of harmful impurities with their subsequent release into the treated water, as well as the deionization of the treated water.
Наиболее эффективно очищают воду устройства, использующие электрохимические методы очистки воды от антропогенных примесей в проточном или непроточном режимах.Devices that use electrochemical methods to purify water from anthropogenic impurities in flowing or non-flowing regimes most effectively purify water.
Известно устройство для реализации способа электрохимической очистки воды путем пропускания ее внутри межэлектродных пространств пакета параллельных растворимых электродов с периодическим изменением полярности одновременно в проточном и непроточном режимах. Для этого межэлектродные пространства через одно перекрывают для создания непроточного режима очистки жидкости. При смене полярности электродов перекрывают ранее открытые межэлектродные пространства (авторское свидетельство SU 1165639 A, C02F 1/46, 1985). Данное известное изобретение позволяет предотвратить пассивацию электродов, но не обеспечивает необходимые физико-химические, санитарно-эпидемиологические и органолептические свойства воды. Объясняется это тем, что в проточных режимах очистки воды имеет место постоянный подвод к аноду и осаждение на нем солей жесткости, которые препятствуют растворению анода и тем самым уменьшают степень очистки воды в открытых межэлектродных пространствах, что снижает эффективность очистки воды в целом и не позволяет максимально улучшить потребительские свойства воды. Устройство также имеет достаточно сложную конструкцию и процесс очистки сложен в практической реализации при создании одновременно проточного и непроточного режимов в каждой паре соседних межэлектродных пространств, а также при обеспечении изменения режимов при переключении полярности электродов.A device for implementing the method of electrochemical water purification by passing it inside the interelectrode spaces of a packet of parallel soluble electrodes with periodic polarity changes simultaneously in flowing and non-flowing modes. To do this, the interelectrode spaces are blocked through one to create a non-flow regime for cleaning the liquid. When changing the polarity of the electrodes, previously opened interelectrode spaces are blocked (copyright certificate SU 1165639 A, C02F 1/46, 1985). This well-known invention prevents the passivation of the electrodes, but does not provide the necessary physico-chemical, sanitary-epidemiological and organoleptic properties of water. This is explained by the fact that in flowing modes of water treatment there is a constant supply to the anode and deposition of hardness salts on it, which prevent dissolution of the anode and thereby reduce the degree of water purification in open interelectrode spaces, which reduces the efficiency of water purification in general and does not allow maximum improve consumer properties of water. The device also has a rather complicated design and the cleaning process is difficult to implement when creating simultaneously flowing and non-flowing modes in each pair of adjacent interelectrode spaces, as well as providing a change in modes when switching the polarity of the electrodes.
Известно устройство, реализующее способ электрохимической очистки питьевой воды по патенту RU 2043308 C1 (C02F 1/463, 1995). Устройство содержит емкость, в которой размещен пакет растворимых электродов в виде параллельных пластин. Часть электродов - аноды - выполнены из алюминиевого сплава, другая часть электродов - катоды - из сплава железа. Устройство также содержит источник питания и управления с понижающим трансформатором и выпрямитель, подсоединенный к сети переменного тока и к электродам устройства. Обработку воды ведут в непроточном режиме, после отключения электродов воду перемешивают токопроводящим предметом. Недостаток рассмотренного устройства связан с тем, что в емкости, где осуществляется электролиз, в процессе электролизации недостаточно перемешивается вода, что приводит к длительности процесса очистки и малой производительности устройства при недостаточной степени очистки обрабатываемой воды. Наличие заземленного токопроводящего предмета для перемешивания воды усложняет конструкцию и требует дополнительных манипуляций при осуществлении процесса очистки.A device is known that implements the method of electrochemical purification of drinking water according to patent RU 2043308 C1 (C02F 1/463, 1995). The device contains a container in which a packet of soluble electrodes in the form of parallel plates is placed. Part of the electrodes - anodes - are made of aluminum alloy, another part of the electrodes - cathodes - are made of an alloy of iron. The device also contains a power supply and control with a step-down transformer and a rectifier connected to the AC network and to the electrodes of the device. Water treatment is carried out in a non-flow mode, after disconnecting the electrodes, the water is mixed with a conductive object. The disadvantage of this device is due to the fact that in the tank where the electrolysis is carried out, water is not sufficiently mixed in the electrolysis process, which leads to the duration of the cleaning process and low productivity of the device with insufficient degree of purification of the treated water. The presence of a grounded conductive object for mixing water complicates the design and requires additional manipulations during the cleaning process.
Известно «Устройство для электрохимической очистки питьевой воды» (патент RU 2361820 C1, C02F 1/463, C02F 1/465, 2009). Устройство содержит корпус реактора с крышкой, внутри которого размещена кассета, содержащая три вертикально расположенных электрода. В верхней части боковых электродов выполнены окна для прохода в свободный объем корпуса реактора водного потока, поднимающегося между электродами, при этом упомянутая кассета размещена в средней части корпуса реактора над его дном, а объем, который занимает кассета внутри корпуса реактора, составляет не более трети всего внутреннего объема корпуса реактора. При возникновении конвекционных потоков в реакторе очищаемая вода многократно проходит через блок электродов, где осуществляется процесс коагуляции. Однако часть потока воды поступает в межэлектродное пространство через боковые зазоры кассеты, не достигая дна реактора, что приводит к неравномерной очистке всего объема воды. Процесс в целом замедляется и для достижения желаемого результата необходимо увеличивать время обработки воды.It is known "Device for electrochemical purification of drinking water" (patent RU 2361820 C1, C02F 1/463, C02F 1/465, 2009). The device comprises a reactor vessel with a cover, inside of which there is a cassette containing three vertically arranged electrodes. Windows are made in the upper part of the side electrodes for passage into the free volume of the reactor vessel of a water flow rising between the electrodes, the cartridge being placed in the middle of the reactor vessel above its bottom, and the volume occupied by the cartridge inside the reactor vessel is not more than a third of the total the internal volume of the reactor vessel. When convection flows occur in the reactor, the purified water passes many times through the electrode block, where the coagulation process takes place. However, part of the water flow enters the interelectrode space through the side gaps of the cartridge, not reaching the bottom of the reactor, which leads to uneven cleaning of the entire volume of water. The process as a whole slows down and to achieve the desired result, it is necessary to increase the time of water treatment.
Известно «Устройство для электрохимической очистки питьевой воды» (патент RU 74910 U1, C02F 1/46, 2008). Устройство содержит источник питания, цилиндрический реактор с расположенным в нем пакетом растворимых электродов и фильтровальную емкость. В верхней части реактора установлен с возможностью вертикального перемещения по направляющим открытый сверху усеченный обратный конус с вертикальной ручкой. Крепление электродов в пакет блока электродов осуществлено защелками, боковые пластины защелок установлены в отверстия, проштампованные в катодных (боковых) пластинах, чем жестко фиксируют катодные пластины на рассчитанном друг от друга расстоянии. Центральный паз защелок фиксирует анодную (центральную) пластину на рассчитанном от катодных (боковых) пластин расстоянии. Недостатком изобретения является снижение эффективности процесса очистки воды за счет снижения скорости очистки, вызванное поступлением воды в межэлектродное пространство через боковые зазоры пакета электродов. Кроме того, прерывные боковые линии и отверстия во фронтальных поверхностях катодных пластин, необходимые для крепления электродов с помощью защелок, предусматривают использование дорогой и сложной технологической оснастки при изготовлении катодов (сложность матрицы и пуансона).It is known "Device for electrochemical purification of drinking water" (patent RU 74910 U1, C02F 1/46, 2008). The device comprises a power source, a cylindrical reactor with a packet of soluble electrodes located in it, and a filter tank. In the upper part of the reactor, a truncated inverse cone with a vertical handle open from above is installed with the possibility of vertical movement along the rails. The electrodes are fixed in the package of the electrode block by latches, the lateral plates of the latches are installed in the holes stamped in the cathode (side) plates, which rigidly fixes the cathode plates at a distance calculated from each other. The central groove of the latches fixes the anode (central) plate at a distance calculated from the cathode (side) plates. The disadvantage of the invention is to reduce the efficiency of the water treatment process by reducing the cleaning rate caused by the flow of water into the interelectrode space through the side gaps of the electrode package. In addition, discontinuous lateral lines and holes in the front surfaces of the cathode plates, necessary for fastening the electrodes with latches, involve the use of expensive and complex technological equipment in the manufacture of cathodes (matrix and punch complexity).
Из известных устройств наиболее близким к заявленному изобретению является «Устройство для электрохимической очистки питьевой воды» (патент RU 2398742 С2, C02F 1/463, C02F 1/465, 2010). Устройство содержит источник питания, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, и емкость реактора с расположенным в ней пакетом электродов с растворимым анодом на основе алюминия, причем в нижней части емкости реактора параллельно пакету электродов с растворимым анодом расположен пакет электродов с нерастворимым анодом. При этом пакет электродов с нерастворимым анодом может быть расположен под пакетом электродов с растворимым анодом или сбоку от него. Источник питания оснащен блоком делителя частоты для подачи напряжения питания с частотой 12 Гц ± 1 Гц и 3 Гц ± 1 Гц на пакет электродов с растворимым анодом, блоком переключения напряжения питания постоянного тока с пакета электродов с растворимым анодом на пакет электродов с нерастворимым анодом, блоком включения световой индикации и звуковой сигнализации. В данном техническом решении используются два режима работы устройства для осуществления процесса активной коагуляции при включении пакета электродов с растворимым анодом и процесса активной флотации при выключении пакета электродов с растворимым анодом и включении пакета электродов с нерастворимым анодом.Of the known devices closest to the claimed invention is a "Device for electrochemical purification of drinking water" (patent RU 2398742 C2, C02F 1/463, C02F 1/465, 2010). The device contains a power source that converts AC voltage to DC voltage, and a reactor capacity with a packet of electrodes with a soluble anode based on aluminum located in it, and a packet of electrodes with an insoluble anode is located parallel to the packet of electrodes with a soluble anode in the lower part of the reactor capacitance. In this case, the package of electrodes with an insoluble anode can be located under the package of electrodes with a soluble anode or on the side of it. The power source is equipped with a frequency divider unit for supplying a voltage of 12 Hz ± 1 Hz and 3 Hz ± 1 Hz to a package of electrodes with a soluble anode, a unit for switching DC voltage from a package of electrodes with a soluble anode to a package of electrodes with an insoluble anode, a unit inclusion of light indication and sound alarm. This technical solution uses two modes of operation of the device to carry out the process of active coagulation when you turn on the package of electrodes with a soluble anode and the process of active flotation when you turn off the package of electrodes with a soluble anode and turn on the package of electrodes with an insoluble anode.
Указанное устройство по патенту RU 2398742 принимается за прототип.The specified device according to patent RU 2398742 is taken as a prototype.
Недостатком выбранного за прототип устройства является недостаточная эффективность процесса обработки воды, обусловленная невысокой скоростью процесса очистки в связи с его неравномерностью на разных уровнях объема реактора, что также оказывает влияние на свойства обработанной воды. Процесс активной электрокоагуляции, протекающий при включении пакета электродов с растворимым анодом, замедляется за счет уменьшения потока воды, поднимающегося в межэлектродное пространство через нижние зазоры пакета электродов, что вызвано поступлением воды в межэлектродное пространство через боковые зазоры пакета электродов, причем с разной скоростью на разных по высоте уровнях.The disadvantage of the selected prototype device is the lack of efficiency of the water treatment process, due to the low speed of the cleaning process due to its unevenness at different levels of the reactor volume, which also affects the properties of the treated water. The process of active electrocoagulation, which occurs when the electrode package with the soluble anode is turned on, is slowed down by reducing the flow of water rising into the interelectrode space through the lower gaps of the electrode package, which is caused by the entry of water into the interelectrode space through the side gaps of the electrode package, and at different speeds at different altitude levels.
Применение пакета электродов с нерастворимым анодом несколько ускоряет процесс электрофлотации, однако наличие в емкости реактора нерастворимых электродов оказывает отрицательное действие на скорость всего процесса обработки воды. Так, при расположении пакета нерастворимых электродов под пакетом растворимых электродов во время протекания процесса электрокоагуляции образуется область практически не очищаемой воды в зоне нерастворимых электродов, что приводит к неравномерной очистке всего объема воды и увеличению времени ее обработки. Расположение пакета нерастворимых электродов сбоку от пакета растворимых электродов приводит к увеличению гидродинамического сопротивления потоку перемещающихся слоев жидкости и замедлению процесса очистки.The use of a package of electrodes with an insoluble anode somewhat accelerates the electroflotation process, however, the presence of insoluble electrodes in the reactor vessel has a negative effect on the speed of the entire water treatment process. So, when the package of insoluble electrodes is located under the package of soluble electrodes during the course of the electrocoagulation process, an area of practically non-purified water is formed in the zone of insoluble electrodes, which leads to uneven cleaning of the entire volume of water and an increase in the time of its processing. The location of the package of insoluble electrodes on the side of the package of soluble electrodes leads to an increase in hydrodynamic resistance to the flow of moving fluid layers and slow down the cleaning process.
Циклическое перемещение водных слоев в верхней части блока растворимых электродов происходит с большей скоростью, чем циклическое перемещение потоков воды, опускающихся на большую глубину, что может привести к изменению минерального состава верхних слоев воды и изменению состава воды в целом.The cyclic movement of water layers in the upper part of a block of soluble electrodes occurs at a faster rate than the cyclic movement of water flows descending to a greater depth, which can lead to a change in the mineral composition of the upper layers of water and a change in the composition of water as a whole.
Для осуществления процесса активной флотации в известном изобретении дополнительно используют пакет электродов с нерастворимым анодом. В результате электролиза с резко возрастающей концентрацией газа возникают тонкодиспергированные пузырьки газа, в основном электролитический водород, переизбыток которого приводит к изменению водородного показателя (рН) водной среды. Для каждого региона характерен свой водородный показатель воды, поэтому при дополнительном насыщении обработанной воды водородом ее кислотность повышается и может не соответствовать требованиям, предъявляемым к питьевой воде.To implement the process of active flotation in the known invention additionally use a package of electrodes with an insoluble anode. As a result of electrolysis with a sharply increasing gas concentration, finely dispersed gas bubbles arise, mainly electrolytic hydrogen, an excess of which leads to a change in the hydrogen index (pH) of the aqueous medium. Each region has its own characteristic pH of water, therefore, with additional saturation of the treated water with hydrogen, its acidity increases and may not meet the requirements for drinking water.
Расположенный в емкости реактора пакет электродов с нерастворимым анодом, а также сложный источник питания, который дополнительно оснащен блоком делителя частоты, блоком переключения напряжения питания с пакета электродов с растворимым анодом, работающих только в режиме электрокоагуляции, на пакет электродов с нерастворимым анодом, подключаемых по завершении режима электрокоагуляции, усложняют конструкцию выбранного за прототип устройства.A package of electrodes with an insoluble anode located in the reactor vessel, as well as a complex power supply, which is additionally equipped with a frequency divider, a unit for switching the supply voltage from a package of electrodes with a soluble anode operating only in electrocoagulation mode, to a package of electrodes with an insoluble anode, connected at the end electrocoagulation mode, complicate the design of the device selected for the prototype.
Целью изобретения является повышение эффективности очистки обрабатываемой воды за счет повышения скорости очистки, улучшение ее физико-химических и органолептических свойств и упрощение конструкции устройства.The aim of the invention is to increase the efficiency of treatment of treated water by increasing the speed of treatment, improving its physico-chemical and organoleptic properties and simplifying the design of the device.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для электрохимической очистки питьевой воды, содержащем реактор с расположенным в нем над его дном пакетом электродов, состоящим из катодов и, по меньшей мере, одного растворимого анода, и источник питания, выходы которого соединены с пакетом электродов, боковые зазоры пакета электродов закрыты межэлектродными прокладками, выполненными из диэлектрического материала. При этом катоды выполнены в виде прямоугольной конструкции с непрерывными линиями боковых граней и сплошной фронтальной поверхностью, а межэлектродные прокладки выполнены в виде сплошной рейки с пазами для крепления электродов.This goal is achieved by the fact that in the device for electrochemical purification of drinking water containing a reactor with an electrode stack located in it above its bottom, consisting of cathodes and at least one soluble anode, and a power source, the outputs of which are connected to the electrode stack, the lateral gaps of the electrode package are closed by interelectrode spacers made of dielectric material. In this case, the cathodes are made in the form of a rectangular design with continuous lines of the side faces and a continuous frontal surface, and interelectrode spacers are made in the form of a solid rail with grooves for attaching the electrodes.
Межэлектродные прокладки, выполненные из диэлектрического материала, закрывают боковые зазоры пакета электродов, прекращая поступление воды в межэлектродное пространство через эти боковые зазоры и устраняя циклическое перемещение ее потоков с разной скоростью на разных по высоте уровнях реактора. Обрабатываемая вода с более высокой скоростью поднимается в межэлектродное пространство только через нижние зазоры пакета электродов и процесс коагуляции ускоряется за счет увеличения количества циклов прохождения очищаемой воды через весь блок электродов. Очистка воды в целом происходит равномерно по всему объему реактора и с большей скоростью, что приводит к повышению эффективности очистки обрабатываемой воды и улучшению ее свойств.Interelectrode spacers made of dielectric material close the side gaps of the electrode stack, stopping water from entering the interelectrode space through these side gaps and eliminating the cyclic movement of its flows at different speeds at different levels of the reactor. The treated water at a higher speed rises into the interelectrode space only through the lower gaps of the electrode stack and the coagulation process is accelerated by increasing the number of cycles of the purified water passing through the entire electrode block. Water purification as a whole occurs uniformly throughout the entire volume of the reactor and at a higher speed, which leads to an increase in the efficiency of purification of the treated water and improvement of its properties.
Перекрытие боковых зазоров пакета электродов обеспечивает движение потоков воды в межэлектродном пространстве снизу вверх по одинаковым циклам, что исключает возможность изменения минерального состава верхних слоев воды и изменения состава содержащихся в ней микроэлементов.Overlapping the side gaps of the electrode package provides the movement of water flows in the interelectrode space from bottom to top in identical cycles, which eliminates the possibility of changing the mineral composition of the upper layers of water and changing the composition of trace elements contained in it.
В отличие от прототипа устройство не содержит дополнительного блока электродов с нерастворимым анодом и сложного источника питания, которые используются в прототипе для повышения эффективности процесса очистки обрабатываемой воды за счет ускорения процесса электрофлотации, что исключает возможность сильного изменения кислотности обработанной воды, возникающего за счет переизбытка электролитического водорода при включении пакета нерастворимых электродов, упрощает конструкцию устройства, а также ускоряет процесс электрокоагуляции за счет отсутствия застойной зоны под пакетом электродов с растворимым анодом и отсутствия гидравлического сопротивления перемещающимся слоям жидкости.In contrast to the prototype, the device does not contain an additional block of electrodes with an insoluble anode and a complex power source, which are used in the prototype to increase the efficiency of the treated water purification process by accelerating the electroflotation process, which eliminates the possibility of a strong change in the acidity of the treated water resulting from an excess of electrolytic hydrogen when you turn on the package of insoluble electrodes, simplifies the design of the device, and also accelerates the process of electrocoagulation and due to the absence of a stagnant zone under the package of electrodes with a soluble anode and the absence of hydraulic resistance to moving fluid layers.
Выполнение катодов в виде прямоугольной конструкции с непрерывными линиями боковых граней и сплошной фронтальной поверхностью упрощает конструкцию устройства и технологическую оснастку, необходимую для производства катодов, снижает стоимость катодов.The implementation of the cathodes in the form of a rectangular design with continuous lines of side faces and a solid front surface simplifies the design of the device and the technological equipment necessary for the production of cathodes, reduces the cost of cathodes.
Выполнение межэлектродной прокладки в виде сплошной рейки с пазами для крепления электродов исключает использование специальных защелок с боковыми лепестками, устанавливаемыми в отверстия, проштампованные в катодных пластинах, упрощая конструкцию устройства.The implementation of the interelectrode gasket in the form of a continuous rail with grooves for attaching the electrodes eliminates the use of special latches with side lobes installed in the holes stamped in the cathode plates, simplifying the design of the device.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами и фотографиями:The essence of the proposed technical solution is illustrated by graphic materials and photographs:
Фиг.1 - схема движения обрабатываемой воды в реакторе предлагаемого устройства для электрохимической очистки питьевой воды;Figure 1 - diagram of the movement of treated water in the reactor of the proposed device for electrochemical treatment of drinking water;
Фиг.2 - межэлектродные прокладки, выполненные в виде сплошной рейки с пазами;Figure 2 - interelectrode gaskets made in the form of a continuous rail with grooves;
Фиг.3 - схема движения обрабатываемой воды в реакторе устройства-прототипа для электролитической очистки питьевой воды;Figure 3 - diagram of the movement of the treated water in the reactor of the prototype device for the electrolytic treatment of drinking water;
Фиг.4 - фотография растворимого анода устройства-прототипа со следами боковых потоков обрабатываемой воды;Figure 4 is a photograph of the soluble anode of the prototype device with traces of side streams of treated water;
Фиг.5 - фотография растворимого анода предлагаемого устройства со следами потоков обрабатываемой воды.5 is a photograph of a soluble anode of the proposed device with traces of streams of treated water.
Устройство для электрохимической очистки питьевой воды содержит реактор 1 (фиг.1) и источник питания 2, выходы которого соединены с пакетом электродов 3, расположенным над дном реактора. Пакет электродов 3 состоит из катодов и, по меньшей мере, одного растворимого анода. Боковые зазоры пакета электродов 3 сверху донизу закрыты межэлектродными прокладками 4, изготовленными из диэлектрического материала, например специального пластика, который в течение всего срока службы инертен и не влияет на качество воды. Межэлектродные диэлектрические прокладки (фиг.2) могут быть выполнены в виде сплошной рейки 5 с пазами 6, позволяющими осуществить крепление электродов в пакет блока электродов 3 и зафиксировать катодные и анодные пластины на рассчитанном друг от друга расстоянии, при этом боковые пазы рейки 5 жестко фиксируют катодные пластины (жесткая посадка), а посадка анодной пластины в центральный паз является свободной. Катоды могут быть выполнены в виде прямоугольной конструкции с непрерывными линиями боковых граней и сплошной фронтальной поверхностью.A device for electrochemical purification of drinking water contains a reactor 1 (Fig. 1) and a power supply 2, the outputs of which are connected to a package of electrodes 3 located above the bottom of the reactor. The electrode stack 3 consists of cathodes and at least one soluble anode. The lateral gaps of the package of electrodes 3 are closed from top to bottom by interelectrode spacers 4 made of dielectric material, for example, special plastic, which is inert during the entire service life and does not affect water quality. The interelectrode dielectric spacers (Fig. 2) can be made in the form of a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В емкость реактора 1 (фиг.1) устройства для электрохимической очистки питьевой воды заливают исходную воду до рассчитанного уровня. Включают источник питания 2 и на пакет электродов 3 подают напряжение, как правило, равное 12-36 вольт, сила тока несколько ампер. Катоды пакета электродов выделяют в воду электролитический водород, а анод из сплавов алюминия растворяется, выделяя ионы алюминия в водном растворе. Образуется гидроксид алюминия, который коагулирует, собирая из воды вредные примеси, и в виде хлопьев поднимается (флотирует) под действием электролитического водорода к поверхности. Одновременно на аноде образуются атомарный кислород и озон, которые активно окисляют органические примеси и обеззараживают воду и вместе с электролитическим водородом способствуют процессу электрофлотации. Пузырьки водорода и кислорода, захватывая частички мельчайших взвесей и хлопья коагулянта, поднимаются вверх, осуществляя процессы флотации. С помощью газовых пузырьков, образующихся в процессе электролиза, флотируются практически все тонкодисперсные взвеси веществ, гидроксиды тяжелых металлов, полимеры, жиры, масла, нефтепродукты в силу большой адгезивной способности молекул Al(ОН)3.In the capacity of the reactor 1 (Fig. 1), devices for electrochemical treatment of drinking water are poured into the source water to the calculated level. The power supply 2 is turned on, and a voltage, typically equal to 12-36 volts, a current of several amperes is applied to the electrode package 3. The cathodes of the electrode stack release electrolytic hydrogen into the water, and the anode from aluminum alloys dissolves, releasing aluminum ions in an aqueous solution. Aluminum hydroxide is formed, which coagulates, collecting harmful impurities from water, and rises (floats) in the form of flakes under the action of electrolytic hydrogen to the surface. At the same time, atomic oxygen and ozone are formed on the anode, which actively oxidize organic impurities and disinfect water and, together with electrolytic hydrogen, contribute to the electroflotation process. Bubbles of hydrogen and oxygen, capturing particles of the smallest suspensions and flakes of coagulant, rise up, carrying out flotation processes. With the help of gas bubbles formed during electrolysis, practically all finely dispersed suspensions of substances, hydroxides of heavy metals, polymers, fats, oils, and oil products are floated due to the high adhesive ability of Al (OH) 3 molecules.
Вода, проходя между электродами, насыщается гидроксидами металла анода и пузырьками газов - водорода и кислорода. Образующиеся приэлектродные газы создают течение жидкости в межэлектродном пространстве, так как по мере подъема вверх плотность результирующего потока с газовыми фракциями и давление в межэлектродном пространстве уменьшаются. Ламинарное течение обрабатываемой воды в пространстве между электродами создает условия для перемешивания воды с пузырьками газа, мицеллами и хлопьями гидроксида металла анода как электрода коагуляции. Вода, проходящая между электродами и подвергающаяся очистке за счет процессов электрокоагуляции и электрофлотации, поднимается вверх и вместе со шламом выходит через верхние зазоры пакета электродов. Шлам всплывает на поверхность, а поток воды естественным образом попадает в свободный, не занятый электродами объем корпуса реактора. В свободном объеме поток жидкости распространяется параллельно поверхности воды, а затем опускается к дну свободной зоны реактора. У дна корпуса реактора через нижние зазоры пакета электродов поток втягивается в межэлектродное пространство. Высокая степень очистки обрабатываемой воды обеспечивается за счет того, что вода многократно проходит между электродами благодаря образованию конвекционных потоков. Круговорот воды в реакторе поддерживается непрерывно во время подачи напряжения на электроды и некоторое время после снятия напряжения.Water passing between the electrodes is saturated with metal hydroxides of the anode and gas bubbles - hydrogen and oxygen. The resulting near-electrode gases create a fluid flow in the interelectrode space, since as the pressure rises, the density of the resulting stream with gas fractions and the pressure in the interelectrode space decrease. The laminar flow of treated water in the space between the electrodes creates the conditions for mixing water with gas bubbles, micelles and flakes of metal hydroxide of the anode as a coagulation electrode. Water passing between the electrodes and subjected to purification due to the processes of electrocoagulation and electroflotation rises up and, together with the sludge, exits through the upper gaps of the electrode package. Sludge floats to the surface, and the flow of water naturally falls into the free volume of the reactor vessel not occupied by electrodes. In the free volume, the fluid flow propagates parallel to the surface of the water, and then sinks to the bottom of the free zone of the reactor. At the bottom of the reactor vessel, through the lower gaps of the electrode stack, the flow is drawn into the interelectrode space. A high degree of purification of the treated water is provided due to the fact that water repeatedly passes between the electrodes due to the formation of convection flows. The water cycle in the reactor is maintained continuously during the supply of voltage to the electrodes and some time after the voltage is removed.
После рассчитанного времени электрокоагуляции (активный режим) источник питания автоматически отключает пакет электродов и в емкости реактора протекает процесс отстаивания обработанной воды. Поскольку обработанная вода при этом содержит мельчайшие пузырьки электролитического водорода и кислорода, процесс отстаивания продолжает сопровождаться флотацией (пассивный режим). В результате, практически все хлопья коагулянта (шлама) и тонкодисперсных взвесей собираются на поверхности обработанной воды.After the calculated time of electrocoagulation (active mode), the power source automatically disconnects the electrode package and the process of sedimentation of the treated water proceeds in the reactor vessel. Since the treated water contains tiny bubbles of electrolytic hydrogen and oxygen, the sedimentation process continues to be accompanied by flotation (passive mode). As a result, almost all flakes of coagulant (sludge) and fine suspensions are collected on the surface of the treated water.
По сравнению с предложением, в устройстве-прототипе по патенту RU 2398742, содержащем реактор 7 (фиг.3), в котором размещен пакет электродов 8 с растворимым анодом с защелками 9 для крепления электродов и пакет электродов 10 с нерастворимым анодом, расположенный сбоку от пакета электродов 8 с растворимым анодом или под ним (на фиг.3 представлена схема движения обрабатываемой воды в реакторе устройства-прототипа при расположении пакета электродов 10 с нерастворимым анодом под пакетом электродов 8 с растворимым анодом), процесс очистки воды происходит неравномерно и с меньшей скоростью. В реакторе-прототипе боковые зазоры пакета электродов 8 с растворимым анодом открыты. При прохождении жидкости между электродами, по мере подъема вверх, плотность результирующего потока с газовыми фракциями и давление в межэлектродном пространстве уменьшаются. Давление в свободном объеме реактора становится выше, чем давление в межэлектродном пространстве, и при подъеме потока очищаемой воды вверх разница в давлении увеличивается. Вследствие этого на разных по высоте уровнях и с разной скоростью происходит втягивание из свободной зоны реактора потоков воды, опускающихся к дну реактора. Поэтому движения обрабатываемой воды в реакторе осуществляется отдельными цикличными потоками, отличающимися глубиной и скоростью обращения, чем выше уровень воды, поступающей через боковые зазоры в межэлектродное пространство, тем больше скорость потока. Такое турбулентное движение потоков схематично представлено на фиг.3. В результате поступление обрабатываемой воды в межэлектродную зону через нижние зазоры замедляется, скорость и качество ее очистки снижается. Происходит недоочистка воды, движущейся по самому большому круговому потоку через нижние зазоры пакета электродов, и солевое обеднение воды малых верхних круговых потоков, то есть очистка воды происходит неравномерно и процесс коагуляции является более длительным. Фотография растворимого анода устройства-прототипа со следами боковых потоков очищаемой воды, образовавшихся в результате осаждения на аноде солей жесткости при обработке 200 литров питьевой воды за 40 циклов работы устройства, наглядно демонстрирует турбулентность потоков, возникающих в реакторе устройства-прототипа (фиг.4).Compared with the proposal, in the prototype device according to patent RU 2398742, containing a reactor 7 (Fig. 3), in which a package of
В предложенном устройстве межэлектродные прокладки перекрывают доступ воды в межэлектродное пространство через боковые зазоры пакета электродов, поэтому вода поступает на электрокоагуляцию только через нижние зазоры пакета электродов и поднимается вверх ламинарным потоком с большей скоростью, процесс коагуляции проходит быстрее и требуется меньше времени на эффективную очистку всего объема обрабатываемой воды. На фотографии растворимого анода предлагаемого устройства, сделанной после обработки 200 литров питьевой воды за 40 циклов работы устройства, не выявлено следов боковых турбулентных потоков воды, образовавшихся в результате осаждения на аноде солей жесткости, что подтверждает абсолютную ламинарность поступающих потоков воды.In the proposed device, the interelectrode spacers block the access of water to the interelectrode space through the lateral gaps of the electrode stack, therefore, the water enters electrocoagulation only through the lower gaps of the electrode stack and rises up with a laminar flow at a higher speed, the coagulation process is faster and less time is required for efficient cleaning of the entire volume treated water. In the photograph of the soluble anode of the proposed device, taken after processing 200 liters of drinking water for 40 cycles of operation of the device, there are no traces of lateral turbulent water flows resulting from the deposition of hardness salts on the anode, which confirms the absolute laminarity of the incoming water flows.
В устройстве-прототипе за счет использования пакета электродов с нерастворимым анодом несколько ускоряется процесс электрофлотации в пассивном режиме работы устройства (без генерации молекул Al(ОН)3), однако требуется значительное время для осуществления активной коагуляции, что снижает скорость всего процесса электрохимической очистки воды. В техническом решении, представленном в патенте-аналоге RU 2361820, длительность процесса электролиза составляет 8÷10 минут, процесса флотации - 10 минут. В предложении - электролиз (активный режим) длится 4÷5 минуты, а флотация (пассивный режим) 6÷8 минут.In the prototype device, by using a package of electrodes with an insoluble anode, the electroflotation process in the passive mode of operation of the device (without generating Al (OH) 3 molecules) is somewhat accelerated, however, considerable time is required for active coagulation, which reduces the speed of the entire process of electrochemical water treatment. In the technical solution presented in the patent analogue RU 2361820, the duration of the electrolysis process is 8 ÷ 10 minutes, the flotation process is 10 minutes. In the proposal, electrolysis (active mode) lasts 4 ÷ 5 minutes, and flotation (passive mode) 6 ÷ 8 minutes.
В данном устройстве в реакторе отсутствует дополнительный пакет нерастворимых электродов, что исключает возможность сильного изменения кислотности обработанной воды, возникающего за счет переизбытка электролитического водорода. После обработки воды водородный показатель (рН) изменяется с 6,00 на 6,25. При использовании устройства, предложенного в прототипе, водородный показатель (рН) возрастает с 6,0 до 7,1. Дополнительное повышение рН воды, например, изначально обладающей повышенной кислотностью, может привести к несоответствию требованиям, предъявляемым к питьевой воде.In this device, the reactor does not have an additional package of insoluble electrodes, which eliminates the possibility of a strong change in the acidity of the treated water, resulting from an excess of electrolytic hydrogen. After water treatment, the pH (pH) changes from 6.00 to 6.25. When using the device proposed in the prototype, the hydrogen index (pH) increases from 6.0 to 7.1. An additional increase in the pH of water, for example, initially with high acidity, can lead to non-compliance with the requirements for drinking water.
При работе устройства происходит равномерная электрохимическая очистка воды по всему объему реактора, что исключает наличие зон недостаточной очистки и зон изменения минерального состава. Устройство позволяет сохранить минеральный состав воды, характерный для данного региона, а также все жизненно важные микроэлементы.When the device is in operation, electrochemical water purification is uniform throughout the reactor volume, which excludes the presence of zones of insufficient purification and zones of changes in mineral composition. The device allows you to save the mineral composition of the water, characteristic for this region, as well as all vital trace elements.
Предложенное техническое решение эффективно и соответствует цели изобретения.The proposed solution is effective and consistent with the purpose of the invention.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011103632/05A RU2452690C1 (en) | 2011-02-01 | 2011-02-01 | Device for electrochemical purification of drinking water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011103632/05A RU2452690C1 (en) | 2011-02-01 | 2011-02-01 | Device for electrochemical purification of drinking water |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2452690C1 true RU2452690C1 (en) | 2012-06-10 |
Family
ID=46679978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011103632/05A RU2452690C1 (en) | 2011-02-01 | 2011-02-01 | Device for electrochemical purification of drinking water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2452690C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530892C2 (en) * | 2012-11-15 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Electrolytic cell |
| RU2540303C1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Electrochemical water treatment device |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4321125A (en) * | 1979-06-27 | 1982-03-23 | Nazarian Miron M | Apparatus for electrochemical purification of contaminated liquids |
| SU1745688A1 (en) * | 1989-11-13 | 1992-07-07 | Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Хлорной Промышленности С Опытным Заводом И Конструкторским Бюро | Pressure filter electrolyzer for sewage treatment |
| RU2057206C1 (en) * | 1994-04-04 | 1996-03-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Санер" | Electrode block for obtaining alkaline metal oxychloride salt |
| RU2086705C1 (en) * | 1994-03-22 | 1997-08-10 | Акционерное общество закрытого типа "Завод экспериментального машиностроения" | Apparatus for generating oxygen-hydrogen mixture via water electrolysis |
| RU2339583C1 (en) * | 2007-04-02 | 2008-11-27 | Закрытое акционерное общество "Водолей-М" | Device for electrochemical water purification |
| RU2361820C1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Водолей-М" | Device for electrochemical water purification |
| RU2008113676A (en) * | 2008-04-07 | 2009-10-20 | Алексей Васильевич Панков (RU) | METHOD FOR ELECTRIC WATER TREATMENT IN THE INSTALLATION FOR PRODUCING BENEFITABLE DRINKING WATER BY THE METHOD OF ELECTROCHEMICAL COAGULATION AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| RU2390499C2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-05-27 | Алексей Васильевич Панков | Method for water electrotreatment in apparatus for obtaining water through electrochemical coagulation and device for realising said method |
-
2011
- 2011-02-01 RU RU2011103632/05A patent/RU2452690C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4321125A (en) * | 1979-06-27 | 1982-03-23 | Nazarian Miron M | Apparatus for electrochemical purification of contaminated liquids |
| SU1745688A1 (en) * | 1989-11-13 | 1992-07-07 | Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Хлорной Промышленности С Опытным Заводом И Конструкторским Бюро | Pressure filter electrolyzer for sewage treatment |
| RU2086705C1 (en) * | 1994-03-22 | 1997-08-10 | Акционерное общество закрытого типа "Завод экспериментального машиностроения" | Apparatus for generating oxygen-hydrogen mixture via water electrolysis |
| RU2057206C1 (en) * | 1994-04-04 | 1996-03-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Санер" | Electrode block for obtaining alkaline metal oxychloride salt |
| RU2339583C1 (en) * | 2007-04-02 | 2008-11-27 | Закрытое акционерное общество "Водолей-М" | Device for electrochemical water purification |
| RU2361820C1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Водолей-М" | Device for electrochemical water purification |
| RU2008113676A (en) * | 2008-04-07 | 2009-10-20 | Алексей Васильевич Панков (RU) | METHOD FOR ELECTRIC WATER TREATMENT IN THE INSTALLATION FOR PRODUCING BENEFITABLE DRINKING WATER BY THE METHOD OF ELECTROCHEMICAL COAGULATION AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| RU2390499C2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-05-27 | Алексей Васильевич Панков | Method for water electrotreatment in apparatus for obtaining water through electrochemical coagulation and device for realising said method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530892C2 (en) * | 2012-11-15 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Electrolytic cell |
| RU2540303C1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Electrochemical water treatment device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2015263768B2 (en) | Electrochemical liquid treatment apparatus | |
| US5928493A (en) | Process and apparatus for electrocoagulative treatment of industrial waste water | |
| US8133382B2 (en) | Method for electrocoagulation of liquids | |
| WO2013144664A9 (en) | Process and device for electrochemical treatment of industrial wastewater and drinking water | |
| BRPI0713084A2 (en) | integral water treatment method and system for cooling towers and processes that require the elimination of water silica | |
| CA2837124A1 (en) | Method and apparatus for electrochemical treatment of contaminated water or wastewater | |
| RU2008142175A (en) | WASTE WATER TREATMENT METHOD | |
| US11046596B2 (en) | Electrochemical liquid treatment apparatus | |
| Tchamango et al. | Investigation and optimization of a new electrocoagulation reactor with horizontal bipolar electrodes: Effect of electrode structure on the reactor performances | |
| CA2735437A1 (en) | Electrocoagulation devices and methods of use | |
| JP6665172B2 (en) | Electrocoagulation reactor apparatus and method for treating a fluid stream | |
| RU2452690C1 (en) | Device for electrochemical purification of drinking water | |
| Shivayogimath et al. | Treatment of solid waste leachate by electrocoagulation technology | |
| KR101655240B1 (en) | Apparatus for electrochemical treatment of wastewater using inclined electrode and supersonic | |
| RU2540303C1 (en) | Electrochemical water treatment device | |
| CN210419570U (en) | Coal chemical wastewater air supporting deoiling device | |
| Al-Anbari et al. | Removal of heavy metals from industrial water using electro-coagulation technique | |
| RU2339583C1 (en) | Device for electrochemical water purification | |
| Al Anbari et al. | Removal of some heavy metals by electrocoagulation | |
| CN201183768Y (en) | Sewage treating device | |
| CN203833745U (en) | Plug-flow type dual-electrode electrolytic flotation device | |
| JP2011255265A (en) | Water treatment apparatus and water treatment method | |
| Soeprijanto et al. | Treatment of oily bilge water by electrocoagulation process using aluminum electrodes | |
| Ortenero et al. | Electrocoagulation treatment of wastewater: a Pareto frontier identification based on the total dissolved solids and cost | |
| Ammar et al. | Zn (II) Removal from wastewater by electrocoagulation/flotation method using new configuration of a split-plate airlift electrochemical reactor |