RU2789531C1 - Method for producing water with predetermined properties and apparatus for implementation thereof - Google Patents
Method for producing water with predetermined properties and apparatus for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789531C1 RU2789531C1 RU2022110401A RU2022110401A RU2789531C1 RU 2789531 C1 RU2789531 C1 RU 2789531C1 RU 2022110401 A RU2022110401 A RU 2022110401A RU 2022110401 A RU2022110401 A RU 2022110401A RU 2789531 C1 RU2789531 C1 RU 2789531C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- catholyte
- membrane filtration
- ozone
- devices
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения воды с заданными свойствами по степени чистоты и водородному показателю.The invention relates to the field of obtaining water with desired properties in terms of purity and pH.
В настоящее время существуют множество способов и установок для очистки воды, различающихся своим назначением, которое обуславливает их технологию и конструкцию. Среди этого множества отдельным порядком можно выделить способы и устройства для получения воды с заданными свойствами по степени чистоты и водородному показателю - рН. В частности, в медицине и многих научных областях востребована щелочная вода с рН>8.Currently, there are many methods and installations for water purification, differing in their purpose, which determines their technology and design. Among this set, a separate manner can be distinguished by methods and devices for obtaining water with specified properties in terms of purity and hydrogen indicator - pH. In particular, in medicine and many scientific fields, alkaline water with pH>8 is in demand.
Большой проблемой для получения щелочной воды, т.е. воды с заданным водородным показателем, является также очистка исходной воды от органических примесей, которые так или иначе в ней присутствуют. Дело в том, что органические примеси препятствуют эффективному осуществлению электролиза воды для получения воды с заданным значением рН, т.к. забивают поры фильтрующих мембран, поэтому от них предварительно освобождаются. Это выполняют методом окисления и последующего отфильтровывания продуктов окисления органических примесей. Продукты окисления органических примесей при достаточном их окислении практически не забивают поры мембран, однако добиться этого известными методами не всегда удается. Отсюда вытекает проблема очистки фильтрующих мембран от продуктов окисления органических загрязнений.A big problem for obtaining alkaline water, i.e. water with a given pH, is also the purification of the source water from organic impurities that are somehow present in it. The fact is that organic impurities impede the effective implementation of water electrolysis to obtain water with a given pH value, because clog the pores of the filter membranes, so they are previously released from them. This is performed by the method of oxidation and subsequent filtering of the oxidation products of organic impurities. The oxidation products of organic impurities with sufficient oxidation practically do not score the pores of membranes, but it is not always possible to achieve this with known methods. This leads to the problem of cleaning filter membranes from the products of oxidation of organic contaminants.
Из научной литературы известно, ч то окисление органических примесей воды более интенсивно происходит в щелочной среде. Вероятно, что это происходит за счет воздействия на органические соединения озонидного иона - О3 -, который является сильнейшим окислителем и образуется при распаде озона в щелочной среде (В.Ф. Кожинов, И.В. Кожинов. Озонирование воды. [Электронный ресурс] - URL: https://helpiks.org/2-71562.html (дата обращения 25.03.2022). Это свойство обеспечивает высокую способность озона к окислению органических загрязнений воды в щелочной среде (Окисление озоном. [Электронный ресурс] - URL: https://ru-ecology.info/term/49568/ (дата обращения 25.03.2022). Однако данные, приведенные в указанных источниках, имеют только научный, принципиальный характер и не позволяют осуществить на практике закономерность повышенной окисляемости органических соединений озоном в щелочной среде.It is known from the scientific literature that the oxidation of organic impurities in water occurs more intensively in an alkaline medium. It is likely that this occurs due to the effect on organic compounds of the ozonide ion - O 3 - , which is the strongest oxidizing agent and is formed during the decay of ozone in an alkaline environment (V.F. Kozhinov, I.V. Kozhinov. Water ozonation. [Electronic resource] - URL: https://helpiks.org/2-71562.html (date of access 03/25/2022) This property ensures the high ability of ozone to oxidize organic water pollutants in an alkaline environment (Oxidation by ozone. [Electronic resource] - URL: https ://ru-ecology.info/term/49568/ (date of access 03/25/2022) However, the data given in these sources are only of a scientific, fundamental nature and do not allow to put into practice the pattern of increased oxidizability of organic compounds by ozone in an alkaline environment .
Тем не менее известно решение вопроса разложения органических соединений сточных вод озоном в прикатодном пространстве, насыщенном гидроксил-ионами, т.е. в щелочной среде (Публикация WIPO №2005103391, Япония, МПК C02F 9/00, 2005 г.). Сущность способа заключается в барботировании озона через сточные воды, в которые опущены электроды постоянного тока. Недостатками способа и конструкции являются: низкая производительность ввиду загрязнений электродов продуктами разложения и сложность дополнительного размещения такого оборудования ввиду необходимости увеличения технологического объема автомата.Nevertheless, it is known to solve the problem of decomposition of wastewater organic compounds by ozone in the near-cathode space saturated with hydroxyl ions, i.e. in an alkaline environment (WIPO Publication No. 2005103391, Japan, IPC C02F 9/00, 2005). The essence of the method lies in the bubbling of ozone through wastewater, into which DC electrodes are lowered. The disadvantages of the method and design are: low productivity due to contamination of the electrodes with decomposition products and the complexity of additional placement of such equipment due to the need to increase the technological volume of the machine.
Известен также автомат для продажи воды, в котором для очистки воды используют устройства предварительной фильтрации и ультратонкой фильтрации воды, электролизер для обработки воды, с накопительными емкостями для катионита-щелочпой воды и аиолита - кислотной воды, которые имеют вход и выпуск воды для потребителей, а также систему управления, включающую сенсорный экран управления. В качестве фильтра предварительной фильтрации использован фильтр мембранного типа для отделения механических примесей. Для дальнейшей очистки воды перед электролизером использован фильтр с активированным углем и каталитическим порошком KDF, который является устройством ультратонкой фильтрации (заявка WIPO 201910570779.3. номер публикации 110232780, Китай, МПК G07F 13/00, 13.09.2019). Недостатком указанного аппарата является отсутствие устройства обеззараживания поступающей в аппарат воды и невозможность получения и выдачи щелочной воды с заданным и параметрами.Also known is a vending machine for the sale of water, in which for water purification devices are used for pre-filtration and ultrafine filtration of water, an electrolyzer for water treatment, with storage tanks for cation exchanger-alkaline water and aiolite - acidic water, which have an inlet and outlet of water for consumers, and also a control system including a touch screen control. A membrane-type filter was used as a pre-filter to separate mechanical impurities. For further purification of water in front of the electrolyser, a filter with activated carbon and KDF catalytic powder was used, which is an ultrafine filtration device (WIPO application 201910570779.3. Publication number 110232780, China, IPC G07F 13/00, 09/13/2019). The disadvantage of this apparatus is the absence of a device for disinfection of water entering the apparatus and the impossibility of obtaining and issuing alkaline water with a given and parameters.
Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ, используемый для подготовки воды в автоматах продажи щелочной воды и состоящий из процесса предварительной подготовки воды, в том числе обеззараживании обработкой озоном, мембранной фильтрации воды на устройствах ультрафильтрации и обратного осмоса, получения католита и анионита в электролизере, а также их смешения в необходимом соотношении (патент на изобретение РФ №2758346, МПК G07F 13/00). Данный способ осуществляют на устройстве получения щелочной воды, содержащем контактную емкость, устройство ультрафильтрации, устройство обратного осмоса и электролизер. Недостатками способа является загрязнение поверхности мембран продуктами окисления органических примесей и вследствие этого снижение их фильтрующей способности, что приводит к необходимости дополнительных мероприятий очистки или восстановления работоспособности мембран.The closest (prototype) in terms of essential features to the claimed invention is a method used for water treatment in alkaline water vending machines and consisting of a process of preliminary water treatment, including disinfection by ozone treatment, membrane water filtration on ultrafiltration and reverse osmosis devices, obtaining catholyte and anionite in the cell, as well as mixing them in the required ratio (patent for the invention of the Russian Federation No. 2758346, IPC G07F 13/00). This method is carried out on an alkaline water production device containing a contact vessel, an ultrafiltration device, a reverse osmosis device and an electrolytic cell. The disadvantages of this method is the contamination of the membrane surface with products of oxidation of organic impurities and, as a result, a decrease in their filtering capacity, which leads to the need for additional cleaning measures or restoration of the membranes.
Решаемой задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков указанного выше технического решения и достижение технического результата в отношении повышения степени очистки воды от органических примесей на стадии фильтрации на по меньшей мере первом устройстве мембранной фильтрации, а также расширение арсенала технических средств способов получения воды с заданными свойствами.The objective of the claimed invention is to eliminate the shortcomings of the above technical solution and achieve a technical result in relation to increasing the degree of water purification from organic impurities at the filtration stage on at least the first membrane filtration device, as well as expanding the arsenal of technical means for obtaining water with desired properties.
Достижение указанного технического результата в заявляемом изобретении достигается за счет осуществления способа получения воды с заданными свойствами, состоящего из процессов предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации, получения католита и анионита, а также их смешения в необходимом соотношении. Одновременно мембранную фильтрацию осуществляют по меньшей мере на одном устройстве мембранной фильтрации,The achievement of the specified technical result in the claimed invention is achieved through the implementation of a method for obtaining water with desired properties, consisting of the processes of preliminary water treatment, membrane filtration, the production of catholyte and anion exchanger, as well as their mixing in the required ratio. At the same time, membrane filtration is carried out on at least one membrane filtration device,
подачу очищаемой воды во входное отделение по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации осуществляютthe supply of purified water to the inlet compartment of at least the first membrane filtration device is carried out
с помощью водоструйного эжектора, через который одновременно подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь для озонирования этой воды, вместе с этим в технологическую схему процесса предварительной подготовки воды подают католит до достижения определенного значения водородного показателя (рН) в фильтруемой воде первого устройства мембранной фильтрации в интервале от 8,0 до 11,0.with the help of a water-jet ejector, through which an ozone-air or ozone-oxygen mixture is simultaneously supplied to ozonize this water, at the same time, catholyte is supplied to the technological scheme of the pre-treatment of water until a certain pH value (pH) in the filtered water of the first membrane filtration device is reached in the range from 8.0 to 11.0.
Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены уточнения и раскрытия, использованных выше понятий и терминов, а также описание способа.For an unambiguous and more complete understanding of the description of the claimed invention, clarifications and disclosure, the above concepts and terms, as well as a description of the method, are further given.
Назначением заявляемого изобретения является способ получения воды с заданными свойствами, а также устройство для его получения. При этом под заданными свойствами следует понимать заданную степень очистки от неорганических и органических примесей, а также заданное значение водородного показателя. Такая вода и прежде всего щелочная вода со значениями рН>8 может быть использована для медицинских целей, в народной медицине, для целей оздоровления, а также в других сферах народного хозяйства. Так как в заявляемом изобретении получение щелочной воды осуществляют с помощью электролитического процесса и катодном пространстве, то эту воду еще называют католитом. Таким образом понятия католита и щелочной воды в данном изложении тождественны. С другой стороны в указанном электролитическом процессе в анодном пространстве получают кислотную воду или анолит. Такая вода тоже может иметь применение, в частности для дезинфекции. В различных областях применения воды требуется вода с разными значениями водородного показателя. Этого легко добиться путем смешения в определенном соотношении католита и анолита.The purpose of the claimed invention is a method for obtaining water with desired properties, as well as a device for its production. In this case, the specified properties should be understood as the specified degree of purification from inorganic and organic impurities, as well as the specified value of the hydrogen index. Such water, and above all alkaline water with a pH value of more than 8, can be used for medical purposes, in folk medicine, for health improvement purposes, as well as in other areas of the national economy. Since in the claimed invention, the production of alkaline water is carried out using an electrolytic process and the cathode space, this water is also called catholyte. Thus, the concepts of catholyte and alkaline water are identical in this presentation. On the other hand, acidic water or anolyte is produced in said electrolytic process in the anode space. Such water can also be used, in particular for disinfection. Different water applications require water with different pH values. This is easily achieved by mixing catholyte and anolyte in a certain ratio.
Для медицинских целей, а также эффективного осуществления электролиза воды с целью получения католита и анолита требуется вода высокой степени очистки, поэтому в заявляемом изобретении предусмотрены процессы: предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации воды, получения католита и анолита, а также их смешения в необходимом соотношении.For medical purposes, as well as the effective implementation of water electrolysis, in order to obtain Catholite and anolite, high water water is required, therefore, the declared invention provides for processes: preliminary preparation of water, membrane filtration of water, obtaining Catholicitis and anolite, as well as their mixing in the necessary ratio.
Процесс предварительной подготовки воды включает в себя процессы предварительной очистки и обеззараживания. Задачей предварительной очистки является обеспечение эффективной работы последующих устройств мембранной фильтрации за счет выделения и отделения грубых механических загрязнений. Отделение от этих загрязнений преимущественно осуществляют за счет механического отделения нерастворимых твердых частиц в фильтрах отстойниках или на фильтрах механической очистки. Отделение механических загрязнений препятствует загрязнению мембранных фильтров твердыми частицами на последующих стадиях фильтрации воды. Одновременно с механическим отделением загрязнений преимущественно осуществляют процесс обеззараживания. Обеззараживание преимущественно проводят путем обработки ультрафиолетовым излучением или озонированием преимущественно в контактной емкости, которая может также выполнять роль накопителя или накопительной емкости. Для усиления эффективности такой обработки процесс осуществляют при одновременном перемешивании преимущественно методом рециркуляции. Для осуществления возможности регулирования описанными процессами на входе в устройства предварительной подготовки и на выходе из них устанавливают запорную и/или регулирующую арматуру. Здесь следует заметить, что при обеззараживании указанными способами одновременно в контактной емкости происходит частичное окисление органических и хлорорганических примесей, однако добиться их достаточно полного окисления не удается. Необходимого эффективного окисления органических и хлорорганических примесей в реальном технологическом процессе можно достичь только в многостадийном ступенчатом процессе. После осуществления процесса предварительной подготовки воду направляют на мембранную фильтрацию.The process of preliminary water treatment includes the processes of preliminary purification and disinfection. The task of pre-cleaning is to ensure the efficient operation of subsequent membrane filtration devices by isolating and separating coarse mechanical impurities. Separation from these contaminants is mainly carried out by mechanical separation of insoluble solids in sedimentation filters or mechanical filters. Separation of mechanical impurities prevents contamination of membrane filters with solid particles in subsequent stages of water filtration. Simultaneously with the mechanical separation of contaminants, the disinfection process is predominantly carried out. Decontamination is preferably carried out by treatment with ultraviolet radiation or ozonation, preferably in a contact container, which can also act as a storage tank or storage tank. To enhance the efficiency of such processing, the process is carried out with simultaneous mixing, mainly by the recirculation method. To implement the possibility of regulating the described processes, shut-off and / or control valves are installed at the inlet to the preliminary preparation devices and at the outlet of them. It should be noted here that during disinfection by the indicated methods, partial oxidation of organic and organochlorine impurities occurs simultaneously in the contact container, but it is not possible to achieve their sufficiently complete oxidation. The required effective oxidation of organic and organochlorine impurities in a real technological process can be achieved only in a multi-stage stepwise process. After the implementation of the pretreatment process, the water is sent to membrane filtration.
Мембранную фильтрацию осуществляют на одном или нескольких устройствах фильтрации, что зависит от степени загрязнения воды и фильтрующей способности устройств фильтрации, в том числе самих мембран. Мембранная фильтрация прежде всего начинается с ультрафильтрации на устройстве с мембранной ультрафильтрацией. На стадии ультрафильтрации задействуют, как правило, от 1 до 3 устройств. При этом в устройстве может быть выполнено различное количество мембран с фильтрующей поверхностью каждой до 2 м2. Каждое устройство преимущественно представляет собой фильтр с тонкопористой мембраной, размер пор в которой варьируется в интервале 0,01 - 0,1 мкм.Membrane filtration is carried out on one or more filtration devices, depending on the degree of water contamination and the filtering capacity of the filtration devices, including the membranes themselves. Membrane filtration primarily begins with ultrafiltration on a membrane ultrafiltration device. At the stage of ultrafiltration, as a rule, from 1 to 3 devices are involved. At the same time, a different number of membranes with a filtering surface of each up to 2 m 2 can be made in the device. Each device is preferably a filter with a finely porous membrane, the pore size of which varies in the range of 0.01 - 0.1 microns.
Из контактной емкости вода в устройство ультрафильтрации поступает с продуктами окисления органических и хлорорганических примесей. Так как добиться полного окисления органических и хлорорганических примесей не удается, подачу воды из контактной емкости в устройство ультрафильтрации осуществляют через водоструйный эжектор с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси. Из практики известно, что применение эжекторов для подачи газожидкостных смесей более эффективно по производительности и степени смешения, чем другие распространенные способы - параллельная подача газовых и жидкостных компонентов или барботаж. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на ультрамембранах следующие: дифференциальное давление 0.05-0.6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 8×10-5-56×10-5 м3/с (0,3-2 м3/час), содержание растворенного озона в смеси 0,01- 1 г/м3, степень очистки воды: от взвешенных веществ 100%; от органических веществ 60-90%; от других окисляемых примесей 80-90%. В ряде случаев возможно выполнение эжектора с двумя всасывающими патрубками для введения дополни тельных компонентов. По конструктивным и технологическим причинам воду можно вводить в устройство ультрафильтрации с помощью группы эжекторов. Одним из преимуществ этого является усиления озонирования воды, а также скорости фильтрации.From the contact tank, water enters the ultrafiltration device with the products of oxidation of organic and organochlorine impurities. Since it is not possible to achieve complete oxidation of organic and organochlorine impurities, water is supplied from the contact container to the ultrafiltration device through a water-jet ejector with the supply of an ozone-air or ozone-oxygen mixture. It is known from practice that the use of ejectors for supplying gas-liquid mixtures is more efficient in terms of productivity and degree of mixing than other common methods - parallel supply of gas and liquid components or bubbling. Approximate conditions for the implementation of filtration on ultramembranes are as follows: differential pressure 0.05-0.6 MPa, flow rate of the ozone-air mixture through the
В ходе фильтрации во входном отделении устройства ультрафильтрации могут накапливаться продукты окисления органических и хлорорганических примесей. Эти продукты забивают поры ультрафильтрационной мембраны, что препятствует процессу фильтрации. Во избежание этого организуют линию подачи жидкости из входного отделения первого мембранного фильтра, а также возможно и других в контактную емкость, что равнозначно организации второй линии рециклирования в контактную емкость. Рециклирование можно осуществлять с помощью частичного задействования линии байпаса. Осуществление рециклирования позволяет снизить загрязнения поверхности ультрафильтрационной мембраны. Для регулирования давления во входном отделении фильтра на линии рециклирования (второй линии рециклирования - линии возврата фильтруемой жидкости в контактную емкость) может быть установлен дроссель, а также выполнен слив для вывода загрязнений из системы.During filtration in the inlet compartment of the ultrafiltration device, oxidation products of organic and organochlorine impurities can accumulate. These products clog the pores of the ultrafiltration membrane, which interferes with the filtration process. To avoid this, a line for supplying liquid from the inlet compartment of the first membrane filter, and possibly others, to the contact container is organized, which is equivalent to organizing a second recycling line into the contact container. Recycling can be done by partial activation of the bypass line. The implementation of recycling allows to reduce surface contamination of the ultrafiltration membrane. To regulate the pressure in the inlet compartment of the filter on the recycling line (the second recycling line - the line for returning the filtered liquid to the contact container), a throttle can be installed, and a drain can be made to remove contaminants from the system.
В случае необходимости более топкой очистки воды после стадии очистки на устройствах ультрафильтрации используют очистку методом обратного осмоса, которую осуществляют на мембранах с размером пор 10-4-10-3 мкм. Количество устройств/мембран очистки методом обратного осмоса также зависит от степени загрязнения воды и фильтрующей способности устройств фильтрации, в том числе самих мембран и колеблется от 1 до 3, при этом в устройстве может быть выполнено различное количество мембран с фильтрующей поверхностью каждой до 2 м2, при общем количестве до 5 мембран. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на мембранах обратного осмоса следующие: дифференциальное давление 0,4 - 2,0 МПа, расход воды 0,1-9 м3/час, степень очистки воды - 98-99,8%.If it is necessary to clean water after the purification stage on ultrafiltration devices, reverse osmosis purification is used, which is carried out on membranes with a pore size of 10 -4 -10 -3 μm. The number of devices / membranes for reverse osmosis purification also depends on the degree of water pollution and the filtering capacity of the filtration devices, including the membranes themselves, and ranges from 1 to 3, while the device can be made of a different number of membranes with a filtering surface of each up to 2 m 2 , with a total of up to 5 membranes. Approximate conditions for the implementation of filtration on reverse osmosis membranes are as follows: differential pressure 0.4 - 2.0 MPa, water flow 0.1-9 m 3 /hour, degree of water purification - 98-99.8%.
После достижения заданных характеристик очистки, воду подают в электролизер, где осуществляют ее электролитическую обработку, при этом вода в приэлектродных областях преобразуется в католит и анолит или щелочную и кислотную воду. Электролиз осуществляют до определенных, заданных значений водородного показателя - рН. Как правило это значения в узких интервалах рН, ко торые могут составлять 0,1-0,4 рН. Например, для профилактического приема используют воду со значениями рН от 9,4 до 9,8. Общий интервал регулируемых значений рН находится в пределах от 8,0 до 11,0. Полученные католит и анолит являются основанием для получения воды с заданным значением рН, который можно регулировать смешением католита и анолита в определенных соотношениях, а также изменением потоков воды на входе в катодное и анодное пространство электролизера.After the specified cleaning characteristics are achieved, the water is supplied to the electrolyzer, where its electrolytic processing is carried out, while the water in the emergency areas is converted into a Catholite and anolit or alkaline and acid water. The electrolysis is carried out to certain, given values of the hydrogen index - pH. As a rule, these are values in narrow pH ranges, which can be 0.1-0.4 pH. For example, water with pH values from 9.4 to 9.8 is used for prophylactic administration. The general range of adjustable pH values is in the range from 8.0 to 11.0. The resulting catholyte and anolyte are the basis for obtaining water with a given pH value, which can be controlled by mixing the catholyte and anolyte in certain ratios, as well as changing the water flows at the entrance to the cathode and anode space of the cell.
Выдача щелочной воды с заданными значениями рН в интервале от 8,0 до 11,0 является непростой задачей ввиду низкой стабильности гидроксид-ионов в слабо и средне щелочных водных средах, а также взаимодействия с активными внутренними поверхностями и примесями. Такое положение приводит к необходимости осуществления особого режима контроля и регулирования процесса электролиза. Поэтому электролизер оборудован системой регулирования, которая снабжена датчиками входа и расхода воды и силы тока и, конечно, прибором измеряющим рН. На основании показаний датчиков процесса и заданных значений рН осуществляют определение согласующихся параметров процесса. Такими параметрами, прежде всего, являются сила тока процесса электролиза и величина потока подачи воды (расход воды) на входе в электролизер, а также чистота воды на входе в электролизер. Параметры являются согласующимися, т.к. изменение одного ведет к изменению другого. Так, например, повышения значения рН католита можно достичь как за счет снижения расхода воды, так и за счет повышения силы тока процесса или компенсационными изменениями обоих параметров. Аналогично и в отношении чистоты подающийся на электролиз воды - повышение чистоты ведет к возможности снижения силы тока. Следует еще раз уточнить, что вода подходи т к электролизеру по одной линии - по линии входа, но при поступлении в электролизер этот основной поток разделяется на два: один направляется в катодное пространство, а другой в анодное. При этом регулирование потока входящей воды может осуществляться как на общей линии подвода к электролизеру, так и на линиях разветвления в катодное и/или анодное пространство.The issuance of alkaline water with specified pH values in the range from 8.0 to 11.0 is not an easy task due to the low stability of hydroxide ions in slightly and medium alkaline aqueous media, as well as interaction with active internal surfaces and impurities. This situation leads to the need for a special regime of control and regulation of the electrolysis process. Therefore, the electrolyzer is equipped with a control system, which is equipped with sensors for the input and flow of water and current strength and, of course, a pH measuring device. Based on the indications of the process sensors and the set pH values, the determination of consistent process parameters is carried out. These parameters, first of all, are the current strength of the electrolysis process and the amount of water supply flow (water flow) at the inlet to the electrolyzer, as well as the purity of the water at the inlet to the electrolyzer. The parameters are consistent because changing one leads to changing the other. For example, an increase in the pH value of the catholyte can be achieved both by reducing the water consumption and by increasing the process current or by compensating changes in both parameters. Similarly, with regard to the purity of the water supplied to the electrolysis - an increase in purity leads to the possibility of reducing the current strength. It should be clarified once again that water approaches the electrolyzer along one line - along the inlet line, but when it enters the electrolyzer, this main stream is divided into two: one goes to the cathode space, and the other to the anode. In this case, the regulation of the flow of incoming water can be carried out both on a common supply line to the electrolyzer, and on branching lines to the cathode and/or anode space.
Регулирование силы тока процесса электролиза и расхода (потока) воды осуществляют на соответствующих устройствах. Для регулирования силы тока, в частности, используют реостаты или тиристорные регуляторы, для регулирования расхода воды используют, например, шаровые или игольчатые с механическим приводом вентили, электромагнитные клапана. Детали электролизера, в том числе корпус и электроды изготавливают преимущественно из нержавеющих материалов, материалами перегородок между электродными пространствами является тонкопористая керамика.The regulation of the current strength of the electrolysis process and the flow (flow) of water is carried out on the appropriate devices. To regulate the current strength, in particular, rheostats or thyristor regulators are used, to regulate the flow of water, for example, ball or needle valves with a mechanical drive, electromagnetic valves are used. Parts of the cell, including the body and electrodes, are made mainly of stainless materials, the materials of the partitions between the electrode spaces are finely porous ceramics.
Из анодного пространства электролизера анолит выводят по отдельной линии и направляют сразу на смешение или в накопительную емкость. Из катодного пространства по отдельной линии отводят католит и направляют его на смешение или в накопительную емкость. Продукты из накопительных емкостей также могут смешивать с целью получения воды с заданным рН или направлять потребителю. Анолит из накопительной емкости, в частности, может быть использован для промывки или обеззараживания отдельных устройств системы очистки. Выдачу католита из накопительной емкости осуществляют в разлив в специально оборудованном для этого месте выдачи или в емкостях с внутренней дезактивированной поверхностью.From the anode space of the electrolytic cell, the anolyte is withdrawn through a separate line and sent immediately to mixing or to a storage tank. Catholyte is removed from the cathode space along a separate line and sent for mixing or to a storage tank. Products from storage tanks can also be mixed to obtain water with a given pH or sent to the consumer. The anolyte from the storage tank, in particular, can be used for washing or disinfecting individual devices of the cleaning system. The issuance of catholyte from the storage tank is carried out for bottling in a specially equipped place for this purpose or in containers with an internal decontaminated surface.
В ряде случаев в катодном пространстве электролизера могут выпадать хлопья гидроксидов металлов. Для этого на линии выходе католита из электролизера перед накопительной емкостью католита или устройством смешения выполняют еще одно устройство ультрафильтрации.In some cases, in the cathode space of the electrolyzer, metal hydroxides can fall out. To do this, on the output line of the catholyte from the electrolyzer in front of the storage tank of the catholyte or the mixing device, another ultrafiltration device is performed.
Оборудование выведения католита и анолита изготовлено из нержавеющей стали или полимерных материалов с дезактивированными внутренними поверхностями.The catholyte and anolyte removal equipment is made of stainless steel or polymer materials with decontaminated internal surfaces.
Устройство выдачи католита решает проблему сохранения заданного значения рН за время выдачи за счет быстрой организации выдачи и применения материалов дезактивированных относительно гидроксид-ионов. В качестве материала трубок и патрубков устройства выдачи, а также емкостей для выдачи используют, как правило, нержавеющую сталь. Сокращение времени выдачи выполняют за счет сокращения пути выдачи и времени электролиза.The catholyte dispensing device solves the problem of maintaining the set pH value during dispensing due to the rapid organization of the dispensing and use of materials deactivated with respect to hydroxide ions. As a material of tubes and nozzles of the dispensing device, as well as containers for dispensing, as a rule, stainless steel is used. Reduction of dispensing time is performed by reducing the dispensing path and electrolysis time.
В заявляемом изобретении приняты во внимание данные по усилению окислительной способности озона в шелочной среде, приведенные ранее в обзоре уровня техники. Согласно настоящему изобретению щелочную среду во входном отделении устройства ультрафильтрации создают за счет введения в это отделение католита, полученного в электролизере в качестве продукта целевого назначения. Для этого в заявляемом способе выполнена дополнительная отдельная трубопроводная линия, соединяющая выход из катодного пространства электролизера или из накопительной емкости католита с технологическими элементами устройств предварительной подготовки воды. Этими технологическими элементами могут быть контактная емкость, вход в контактную емкость, линия рециклирования. Таким образом, католит несет еще и вторичную технологическую функцию, а дополнительная отдельная трубопроводная линия обеспечивает осуществление этой функции, что позволяет повысить степень очистки воды от органических примесей на стадии ультрафильтрации. Указанная отдельная трубопроводная линия может иметь на обоих концах запорную и регулировочную арматуру, а со стороны присоединения к технологическим элементам предварительной подготовки воды имеет устройство входа. Это устройство входа может быть выполнено в качестве эжектора, патрубка или инжектора. Католит подают в элементы технологической схемы процесса очистки воды до достижения в фильтруемой воде определенного значения водородного показателя (рН) в интервале от 8,0 до 11,0. Это значение определяют исходя из степени загрязненности воды органическими примесями и поддерживают его постоянным, по меньшей мере в первом устройстве мембранной фильтрации.The claimed invention takes into account the data on the increase in the oxidizing power of ozone in an alkaline environment, given earlier in the review of the prior art. According to the present invention, an alkaline environment in the inlet compartment of the ultrafiltration device is created by introducing into this compartment the catholyte obtained in the electrolyzer as a target product. To do this, in the proposed method, an additional separate pipeline line is made connecting the outlet from the cathode space of the electrolyzer or from the catholyte storage tank to the technological elements of the water pretreatment devices. These technological elements can be a contact tank, an entrance to a contact tank, a recycling line. Thus, the catholyte also has a secondary technological function, and an additional separate pipeline line ensures the implementation of this function, which makes it possible to increase the degree of water purification from organic impurities at the ultrafiltration stage. Said separate pipeline line can have shut-off and control valves at both ends, and from the side of connection to the technological elements of preliminary water treatment it has an inlet device. This inlet device may be designed as an ejector, a nozzle or an injector. The catholyte is fed into the elements of the technological scheme of the water purification process until a certain value of the hydrogen index (pH) in the filtered water is reached in the range from 8.0 to 11.0. This value is determined based on the degree of contamination of the water with organic impurities and maintained constant, at least in the first membrane filtration device.
Параллельно упомянутой выше технологической линии очистки располагают вспомогательную технологическую линию - байпас, который имеет соединение с основной технологической линией в технологических узлах между ступенями очистки, перед электролизером и по необходимости за электролизером. Описанную линию очистки по необходимости, в зависимости от состава исходной воды, могут дополнять устройствами деозонирования, насосом, измерительными и регулирующими устройствами и датчиками, гидроаккумуляторами. В случае необходимости дополнительной очистки от озона используют угольные адсорбенты. Корпуса устройств блока очистки и трубопроводов, а также дополнительных устройств преимущественно изготавливают из нержавеющей стали, полимерных и металлополимерных материалов.Parallel to the above-mentioned cleaning technological line, an auxiliary technological line is located - a bypass, which is connected to the main technological line in the technological units between the purification stages, in front of the electrolyzer and, if necessary, after the electrolytic cell. The described purification line, if necessary, depending on the composition of the source water, can be supplemented with deozonizing devices, a pump, measuring and control devices and sensors, hydraulic accumulators. If additional purification from ozone is required, carbon adsorbents are used. The housings of the devices of the cleaning unit and pipelines, as well as additional devices, are mainly made of stainless steel, polymeric and metal-polymeric materials.
Заявляемое изобретение является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем реализации способа, заключающегося в осуществлении действий над материальными объектами с помощью материальных средств. В данном случае материальными объектами являются вода, озон, католит, анолит. Над этими материальными объектами осуществляются действия подачи (для воды, католита, анолита), обработки окислителями (для воды), очистки путем фильтрации, электролитической обработки, разделения потоков, регулирования подачи и расхода. Все действия над указанными материальными объектами выполняются во времени и в определенной последовательности. При этом совокупность указанных действий - существенных признаков данного изобретения технологически и функционально взаимосвязана и объединена единым творческим замыслом.The claimed invention is a technical solution, because represents a solution to the problem of achieving the claimed technical result by implementing a method consisting in the implementation of actions on material objects using material means. In this case, the material objects are water, ozone, catholyte, anolyte. On these material objects, the actions of supply (for water, catholyte, anolyte), treatment with oxidants (for water), purification by filtration, electrolytic treatment, flow separation, supply and flow control are carried out. All actions on the specified material objects are performed in time and in a certain sequence. At the same time, the set of these actions - the essential features of this invention is technologically and functionally interconnected and united by a single creative concept.
Данное техническое решение является промышленно применимым в области получения воды с заданными свойствами. Осуществление заявляемого технического решения может быть осуществлено специалистами с соответствующей подготовкой. При осуществлении заявляемого изобретения используются устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления технологической схемы изобретения являются методы механической обработки металла и пластмасс, электросварка и термическая сварка пластмасс, слесарная обработка, монтаж. Средствами осуществления являются механические средства станочное оборудование и ручной инструмент механической обработки, сварочное оборудование. Практическое использование заявляемого способа и устройства возможно любыми потребителями.This technical solution is industrially applicable in the field of obtaining water with desired properties. The implementation of the proposed technical solution can be carried out by specialists with appropriate training. In the implementation of the claimed invention, devices, devices and materials produced by the industry and are on the open market are used. Methods for implementing the technological scheme of the invention are methods of mechanical processing of metal and plastics, electric welding and thermal welding of plastics, metalwork, installation. The means of implementation are mechanical means, machine tools and manual tools for machining, welding equipment. The practical use of the proposed method and device is possible for any consumer.
Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемого изобретения и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата, а именно о повышении степени очистки воды от органических примесей на стадии фильтрации на по меньшей мере в первом устройстве мембранной фильтрации, за счет лучшего перемешивания озоновой смеси с водой, а также за счет лучшей окисляемости органических примесей озоном в щелочной среде при согласованном осуществлении этих процессов. В свою очередь реализация назначения изобретения подтверждается получением воды с заданным значением водородного показателя за счет использования электролизера с осуществлением комплексного контроля параметров процесса электролиза воды и согласованным регулированием подачи воды и силы тока, а также при смешении анолита и католита.The above set of essential features of the claimed invention and their disclosure allows us to conclude that the claimed technical result has been achieved, namely, an increase in the degree of water purification from organic impurities at the filtration stage at least in the first membrane filtration device, due to better mixing of the ozone mixture with water , as well as due to the better oxidizability of organic impurities by ozone in an alkaline environment with the coordinated implementation of these processes. In turn, the implementation of the purpose of the invention is confirmed by obtaining water with a given value of the pH value through the use of an electrolyzer with the implementation of a comprehensive control of the parameters of the water electrolysis process and coordinated regulation of the water supply and current strength, as well as when mixing anolyte and catholyte.
Отличительными от прототипа, существенными признаками, заявляемого изобретения или их характеристиками являются:Distinctive from the prototype, the essential features of the claimed invention or their characteristics are:
- осуществление мембранной фильтрации осуществляют по меньшей мере на одном устройстве мембранной фильтрации,- implementation of membrane filtration is carried out on at least one membrane filtration device,
- подача очищаемой воды во входное отделение по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации с помощью водоструйного эжектора, через который одновременно подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь для озонирования этой воды,-the supply of the purified water to the input compartment of at least the first device of membrane filtration using a water-jet ejector, through which an ozino-air or ozos-acid mixture is simultaneously served for ozoning this water,
- подача католита в технологическую схему процесса предварительной подготовки воды до достижения значений водородного показателя (рН) в фильтруемой воде первого устройства мембранной фильтрации в интервале от 8,0 до 11,0.- supply of catholyte to the technological scheme of the process of pre-treatment of water until the values of the hydrogen index (pH) in the filtered water of the first membrane filtration device are reached in the range from 8.0 to 11.0.
Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.These essential features are distinctive from the prototype, because Each of them is not contained in the aggregate of significant features of the prototype, i.e. It is not present in the list of signs carried out in the prototype, and is not their characteristic.
Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки, в том числе их характеристики, обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков изобретения, указанных в описании.As already shown above, these essential features, which are distinctive from the prototype, including their characteristics, ensure the achievement of the claimed technical result when using other essential features of the invention specified in the description.
Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемое изобретение не известно из уровня техники.Thus, it is shown that the set of essential features of the claimed invention, which makes it possible to achieve the claimed technical result, differs from the set of essential features of analogues, a prototype, as well as other known data sources, i.e. it is not known the application of this set of essential features to obtain the claimed technical result. In other words, the claimed invention is not known from the prior art.
В ходе изучения уровня техники способов получения воды с заданными свойствами не выявлены технические решения, существенные признаки которых по отдельности или в какой-либо совокупности совпадают с отличительными существенными признаками заявляемого изобретения и позволяют достичь заявляемого технического результата. Таким образом, подтверждено отсутствие известности влияния отличительных существенных признаков заявляемого изобретения на заявленный технический результат.In the course of studying the state of the art methods for obtaining water with desired properties, no technical solutions have been identified, the essential features of which, individually or in any combination, coincide with the distinctive essential features of the claimed invention and allow the claimed technical result to be achieved. Thus, the lack of knowledge of the influence of the distinctive essential features of the claimed invention on the claimed technical result is confirmed.
Следует также обратить внимание, что использование всей заявленной совокупности существенных признаков, в том числе совокупности отличительных признаков, для получения заявленного технического результата не следует явным образом для специалистов из уровня техники, т.к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.It should also be noted that the use of the entire claimed set of essential features, including the set of distinctive features, to obtain the claimed technical result does not follow explicitly for specialists from the prior art, because is not a combination, modification or sharing of the information contained in the prior art, and / or the general knowledge of a specialist.
Действительно, получение воды заданной степени очистки и с заданным значением pH при окислении органических примесей в щелочной среде в отделении входа первого устройства ультрафильтрации за счет окисления озоновой смесью при ее подачи одновременно с водой через эжектор при подаче католита из электролизера технологической схемы получения воды в устройства технологической схемы предварительной подготовки воды не следуют для специалистов явным образом из уровня техники за счет использования указанных выше отличительных существенных признаков.Indeed, obtaining water of a given degree of purification and with a given pH value during the oxidation of organic impurities in an alkaline medium in the inlet compartment of the first ultrafiltration device due to oxidation with an ozone mixture when it is fed simultaneously with water through an ejector when catholyte is supplied from the electrolyzer of the technological scheme for obtaining water into the technological devices Pre -preparation schemes of water do not obviously follow specialists from the level of technology through the use of the above distinguishing essential features.
Приведенные технические решения являются, относительно подтвержденного достижения заявленного технического результата, нестандартными и неизвестными решениями. В дополнение к этому эти решения или эти совокупности существенных признаков следует рассматривать наряду с использованием других существенных признаков, заявленных в формуле изобретения, в единой совокупности.The given technical solutions are, with respect to the confirmed achievement of the claimed technical result, non-standard and unknown solutions. In addition, these solutions or these sets of essential features should be considered along with the use of other essential features claimed in the claims, in a single set.
Повышение эффективности заявленного технического результата достигают в следующем частном случае его выполнения:Improving the efficiency of the claimed technical result is achieved in the following particular case of its implementation:
описанный выше способ получения воды с заданными свойствами, отличающийся тем, что на линии выхода католита из электролизера осуществляют дополнительный процесс ультрафильтрации.the method described above for obtaining water with desired properties, characterized in that an additional ultrafiltration process is carried out at the exit line of the catholyte from the electrolyzer.
Описанный выше способ получения воды с заданными свойствами предполагает осуществление устройства, элементы конструкции которого были описаны выше при описании этого способа, а именно:The method described above for obtaining water with desired properties involves the implementation of a device, the structural elements of which were described above when describing this method, namely:
устройства получения воды с заданными свойствами, состоящего из совокупности устройств предварительной подготовки воды, устройств мембранной фильтрации, электролизера для получения анолита и католита и устройств их смешения, Указанное устройство включает по меньшей мере одно устройство мембранной фильтрации, по меньшей мере первое устройство мембранной фильтрации оборудовано на входе по меньшей мере одним водоструйным эжектором для подачи в фильтруемую воду озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси, а от линии выхода католита из электролизера выполнена отдельная линия подачи католита в одно из устройств предварительной подготовки воды для осуществления в устройствах ультрафильтрации щелочной среды с рН в интервале от 8,0 до 11,0.device for obtaining water with desired properties, consisting of a combination of devices for preliminary water treatment, membrane filtration devices, an electrolyzer for producing anolyte and catholyte and devices for mixing them, The specified device includes at least one membrane filtration device, at least the first membrane filtration device is equipped on at least one water-jet ejector for supplying an ozone-air or ozone-oxygen mixture into the filtered water, and from the catholyte outlet line from the electrolyzer, a separate catholyte supply line is made to one of the water pre-treatment devices for implementation in ultrafiltration devices of an alkaline medium with a pH of range from 8.0 to 11.0.
Технический результат этого устройства аналогичен указанному для описанного выше способа.The technical result of this device is similar to that described for the method described above.
Повышение эффективности технического результата для описанного устройства достигают в следующем частном случае его выполнения:Improving the efficiency of the technical result for the described device achieve in the next particular case of its implementation:
описанное выше устройство получения воды с заданными свойствами, отличающееся тем. что на линии выхода католита из электролизера выполнено дополнительное устройство ультрафильтрации.the above-described device for obtaining water with desired properties, characterized in that. that on the output line of the catholyte from the electrolytic cell, an additional ultrafiltration device is made.
Описание заявленного способа и устройства пояснено схемой, на которой приведены следующие обозначения его процессов:The description of the claimed method and device is illustrated by a diagram, which shows the following designations of its processes:
1 - предварительная подготовка воды,1 - preliminary water treatment,
11 - устройство предварительной очистки,11 - pre-cleaner,
12 - устройство обеззараживания,12 - disinfection device,
2 - мембранная фильтрация,2 - membrane filtration,
21 - устройства ультрафильтрации,21 - ultrafiltration devices,
22 - фильтры обратного осмоса,22 - reverse osmosis filters,
23 - водоструйный эжектор (указать вход озона стрелкой сбоку),23 - water jet ejector (indicate the ozone input with an arrow on the side),
3 - электролитическая обработка,3 - electrolytic treatment,
31 - электролизер,31 - electrolyzer,
4 - регулирование степени очистки воды с помощью байпасной линии,4 - regulation of the degree of water purification using a bypass line,
5 - линия выведения анолита,5 - anolyte withdrawal line,
6 - линия выведения католита,6 - catholyte withdrawal line,
61 - отдельная линия подачи католита в одно из устройств предварительной подготовки воды,61 - a separate line of supply of Catholite to one of the devices for preliminary preparation of water,
62 - дополнительное устройство ультрафильтрации,62 - additional ultrafiltration device,
7 - накопительная емкость анолита,7 - anolyte storage tank,
8 - накопительная емкость католита.8 - catholyte storage capacity.
Заявляемое изобретение - «Способ получения воды с заданными свойствами и устройство для его осуществления» осуществляют нижеследующим образом.The declared invention is “a method of obtaining water with a given properties and a device for its implementation” is carried out in a following way.
Получение воды с заданными свойствами предполагает тщательную первоначальную очистку воды. Для этого сначала проводят предварительную подготовку воды 1, которая может включать процессы предварительной механической очистки 11 и обеззараживания 12. Подготовленную таким образом воду направляют на мембранную фильтрацию 2, которую могут осуществлять на устройствах двух типов: на устройствах ультрафильтрации 21 и на фильтрах обратного осмоса 22. Количество устройств ультрафильтрации может варьироваться от одного до нескольких, например, до трех. При этом по меньшей мере в первое устройство вода подается по меньшей мере через один водоструйный эжектор 23 с одновременной подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси. Аналогично количество фильтров обратного осмоса также может меняться от одного до нескольких, например, до трех. После этапа мембранной фильтрации воду направляют на электролиз 3, где разлагают воду на анолит и католит, которые выводят из электролизера 31 соответственно по линиям анолита 5 и католита 6. Для осуществления в устройствах ультрафильтрации щелочной среды выполняют отдельную линию подачи католита 61, для чего ее отводят от линии выведения католита в одно из устройств предварительной подготовки воды. Анолит и католит преимущественно направляют и накапливают в накопительных емкостях, соответственно 7 и 8. На линии выведения католита преимущественно также выполняют дополнительное устройство ультрафильтрации. Регулирование потоков между устройствами осуществляют с помощью линии байпаса 4, к которой подключены все устройства осуществления технологической схемы.Obtaining water with desired properties involves a thorough initial purification of water. To do this, first pre-treatment of
Описанные способ и устройство функционируют следующим образом. Первоначально проводят анализ предназначенной к обработке воды. После этого определяют необходимость проведения мероприятий механической очистки, количество устройств ультрафильтрации, количество фильтров обратного осмоса, состав озоновой смеси, необходимость наличия или задействования дополнительного устройства ультрафильтрации. Указанную технологическую схему определяют на основании целевых заданных свойств воды. Исходную воду, согласно определенной технологической схеме, первоначально направляют на устройство отделения от механических примесей, например, на фильтр механической очистки. Полученную воду обеззараживают путем барботажа озоновой смесью через слой воды в контактной емкости одновременно с осуществлением рециклирования по схеме выход-вход. Обеззараженную воду направляют в устройство ультрафильтрации через водоструйный эжектор, который установлен на входе в это устройство.The described method and device operate as follows. Initially, an analysis of the water intended for treatment is carried out. After that, the need for mechanical cleaning measures, the number of ultrafiltration devices, the number of reverse osmosis filters, the composition of the ozone mixture, the need for the presence or use of an additional ultrafiltration device are determined. The specified technological scheme is determined on the basis of the target specified properties of water. The source water, according to a certain technological scheme, is initially directed to a separation device from mechanical impurities, for example, to a mechanical filter. The resulting water is disinfected by bubbling the ozone mixture through the water layer in the contact container simultaneously with the implementation of recycling according to the output-input scheme. Disinfected water is sent to the ultrafiltration device through a water jet ejector, which is installed at the inlet to this device.
Одновременно через этот эжектор подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь. Фильтрацию осуществляют на мембранах с размером пор 0,01 - 0,1 мкм при дифференциальном давлении 0,05 - 0,6 Мпа. расходе озоновоздушной смеси через эжектор 8×10-5-56×10-5 м3/с (0,3 - 2 м3/час). и содержании растворенного озона в смеси 0,01- 1 г/м3. После устройства ультрафильтрации воду очищают на фильтре обратного осмоса с размером пор 10-4-10-3 мкм, при дифференциальном давлении 0,4 - 2,0 МПа (возможно использование нескольких устройств ультрафильтрации и фильтров обратного осмоса). Очищенную вышеописанным способом воду направляют в электролизер для осуществления ее электролиза.At the same time, an ozone-air or ozone-oxygen mixture is fed through this ejector. Filtration is carried out on membranes with a pore size of 0.01 - 0.1 μm at a differential pressure of 0.05 - 0.6 MPa. the flow rate of the ozone-air mixture through the ejector is 8×10 -5 -56×10 -5 m 3 /s (0.3 - 2 m 3 /hour). and the content of dissolved ozone in the mixture is 0.01-1 g/m 3 . After the ultrafiltration device, water is purified on a reverse osmosis filter with a pore size of 10 -4 -10 -3 μm, at a differential pressure of 0.4 - 2.0 MPa (it is possible to use several ultrafiltration devices and reverse osmosis filters). Purified by the above method, the water is sent to the electrolytic cell to carry out its electrolysis.
На выходе из электролиза получают католит со значениями pH=8 - 11 и анолит со значениями pH=3-6. Католит и анолит собирают в накопительные емкости. Воду с заданными значениями pH получают путем смешивания рассчитанных количеств анолита и католита. Смешивание осуществляют в смесительных линиях или емкостях. Для повышения эффективности процесса очистки, окисление органических и хлорорганических примесей проводят в щелочной среде со значением pH в интервале от 8,0 до 11,0. Для этого католит от линии его вывода из электролизера отводят по отдельной специальной линии в технологические устройства предварительной очистки воды, что обеспечивает щелочную среду в кон тактной емкости и устройстве (устройствах) ультрафильтрации. В случае значительной загрязненности воды ионами металлов католит может быть загрязнен гидроксидами металлов в виде хлопьев. В этом случае на выходе католита из электролизера дополнительно устанавливают устройство ультрафильтрации. Регулирование потоков между устройствами осуществляют с помощью линии байпаса, к которой подключены все устройства осуществления технологической схемы.At the outlet of the electrolysis, a catholyte with pH=8-11 and an anolyte with pH=3-6 are obtained. Catholyte and anolyte are collected in storage tanks. Water with given pH values is obtained by mixing the calculated amounts of anolyte and catholyte. Mixing is carried out in mixing lines or tanks. To improve the efficiency of the purification process, the oxidation of organic and organochlorine impurities is carried out in an alkaline medium with a pH value in the range from 8.0 to 11.0. To do this, the catholyte is removed from the line of its output from the electrolyzer via a separate special line to technological devices for preliminary water treatment, which provides an alkaline environment in the contact vessel and the ultrafiltration device (devices). In the case of significant contamination of water with metal ions, the catholyte may be contaminated with metal hydroxides in the form of flakes. In this case, an ultrafiltration device is additionally installed at the outlet of the catholyte from the electrolyzer. The regulation of flows between devices is carried out using a bypass line, to which all devices for implementing the technological scheme are connected.
Пример 1.Example 1
Задачей является получение очищенной воды со следующими характеристиками: рН от 7,2 до 7,5, содержание железа 0,05-0,07 мг/дм3, содержание марганца 0,06-0,07 мг/дм3, перманганатная окисляемость 0,5-3 Ог/дм3. На входе в систему получения воды с заданными свойствами она имела следующие характеристики: рН=6,8, содержание железа составляло 1,5 мг/дм3, содержания марганца составляло 0,3 мг/дм3, перманганатная окисляемость составляла 6 мг О2/дм3, содержание механических примесей - 10 мг/дм3, наличие следов хлора и хлороргаиических соединений. Указанную воду подвергали механической очистке и озонированию в закрытой емкости путем обработки озоном методом барботирования с одновременным перемешиванием смеси путем рециркуляции. Затем воду направляли на устройство ультрафильтрации через водоструйный эжектор одновременно с подачей озоно-воздушной смеси. При этом условия фильтрации были следующие: рН фильтруемой среды=6,8, дифференциальное давление 0,05 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 28×10-5 м3/с (1 м3/час), содержание растворенного озона в смеси 0,01-1 г/м3. После устройства ультрафильтрации воду направляли на фильтр обратного осмоса, где проводят фильтрацию при дифференциальном давлении 1,5 Мпа и расходе воды 1,5 м3/час. После фильтра обратного осмоса вода имела следующие характеристики - рН=6,5, содержание железа 0,05 мг/дм3, марганца - 0,07 мг/дм3, перманганатная окисляемость от 0,5 до 3 мг О2/дм3, отсутствие механических примесей, хлора, органических и хлороргаиических соединений. Данная вода поступает на вход электролизера с рабочим объемом 30 литров. В электролизере воду подвергают электролитической обработке при силе тока 7 А и объеме подачи воды 0,3-1 м3/час. В результате такой обработки на выходе из электролизера анолит имел значение рН=4,5, а католит рН=8,5. Смешением указанных продуктов в рассчитанном соотношении получали воду со значениями рН от 7,2 до 7,5.The task is to obtain purified water with the following characteristics: pH from 7.2 to 7.5, iron content 0.05-0.07 mg/dm 3 , manganese content 0.06-0.07 mg/dm 3 , permanganate oxidizability 0 .5-3 Og / dm 3 . At the entrance to the system for obtaining water with desired properties, it had the following characteristics: pH=6.8, iron content was 1.5 mg/dm 3 , manganese content was 0.3 mg/dm 3 , permanganate oxidizability was 6 mg O 2 / dm 3 , the content of mechanical impurities - 10 mg/dm 3 , the presence of traces of chlorine and chlorine organic compounds. The specified water was subjected to mechanical purification and ozonation in a closed container by treatment with ozone by the bubbling method with simultaneous mixing of the mixture by recirculation. Then the water was directed to the ultrafiltration device through a water jet ejector simultaneously with the supply of the ozone-air mixture. In this case, the filtration conditions were as follows: pH of the filtered medium=6.8, differential pressure 0.05 MPa, flow rate of the ozone-air mixture through the ejector 28×10 -5 m 3 /s (1 m 3 /hour), content of dissolved ozone in the mixture 0 .01-1 g/m 3 . After the ultrafiltration device, the water was sent to a reverse osmosis filter, where filtration is carried out at a differential pressure of 1.5 MPa and a water flow rate of 1.5 m 3 /hour. After the reverse osmosis filter, the water had the following characteristics - pH = 6.5, iron content 0.05 mg / dm 3 , manganese - 0.07 mg / dm 3 , permanganate oxidation from 0.5 to 3 mg O 2 / dm 3 , absence of mechanical impurities, chlorine, organic and chlorine-organic compounds. This water enters the inlet of the electrolyzer with a working volume of 30 liters. In the cell, water is subjected to electrolytic treatment at a current strength of 7 A and a water supply volume of 0.3-1 m 3 /hour. As a result of such treatment, at the outlet of the electrolyzer, the anolyte had a pH value of 4.5, and the catholyte had a pH value of 8.5. By mixing these products in the calculated ratio, water was obtained with pH values from 7.2 to 7.5.
Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 недели.To maintain the cleaning and electrolysis parameters constant, the inlet compartment of the ultrafiltration device and its membranes are cleaned once every 3 weeks.
Пример 2.Example 2
Осуществление заявленного способа проводили аналогично примеру 1. Однако рН фильтруемой среды в устройстве ультрафильтрации составлял 8,5. Для установления такого значения рН фильтруемой среды от линии выхода католита из электролизера была выполнена отдельная линия подачи католита в контактную емкость. Вход в контактную емкость был выполнен через отдельный патрубок под устройством ввода воды. Таким образом окисление органических и хлорорганических примесей осуществляли в щелочной среде.The implementation of the claimed method was carried out analogously to example 1. However, the pH of the filtered medium in the ultrafiltration device was 8.5. To establish such a pH value of the filtered medium, a separate line for supplying the catholyte to the contact vessel was made from the catholyte exit line from the electrolyzer. The entrance to the contact container was made through a separate branch pipe under the water inlet device. Thus, the oxidation of organic and organochlorine impurities was carried out in an alkaline medium.
Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 месяца.To maintain the cleaning and electrolysis parameters constant, the inlet compartment of the ultrafiltration device and its membranes are cleaned once every 3 months.
Пример 3.Example 3
Осуществление заявляемого способа и устройства проводили аналогично примеру 2. Но при этом исходная вода имела следующие характеристики: рН=6,6, содержание железа составляло 10,5 мг/дм3, содержания марганца составляло 3 мг/дм3, перманганатная окисляемость составляла 16 мг О2/дм3, содержание механических примесей - 30 мг/дм3, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Количество устройств ультрафильтрации составляло 2, при этом условия фильтрации на этих устройствах были следующие: рН фильтруемой среды=8,5, дифференциальное давление 0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 42×10-5 м3/с (1,5 м3/час), содержание растворенного озона в смеси 0.01 г/м3 The implementation of the proposed method and device was carried out analogously to example 2. But the source water had the following characteristics: pH=6.6, iron content was 10.5 mg/dm 3 , manganese content was 3 mg/dm 3 , permanganate oxidizability was 16 mg About 2 /dm 3 , the content of mechanical impurities is 30 mg/dm 3 , the presence of traces of chlorine and organochlorine compounds. The number of ultrafiltration devices was 2, while the filtration conditions on these devices were as follows: pH of the filtered medium = 8.5, differential pressure 0.6 MPa, flow rate of the ozone-air mixture through the ejector 42×10 -5 m 3 /s (1.5 m 3 /hour), the content of dissolved ozone in the mixture is 0.01 g/m 3
Количество фильтров обратного осмоса также составляло 3 при дифференциальном давлении 2,0 МПа и расходе воды 0,6 м3/час. Электролиз проводили при силе тока 15 А и объеме подачи воды 0,3-1 м3/час. В результате такой обработки на выходе из электролизера анолит имел значение рН=4,3, а католит рН=8,5. Смешением указанных продуктов в рассчитанном соотношении получали воду со значениями рН от 7,2 до 7,5. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 2 месяца.The number of reverse osmosis filters was also 3 at a differential pressure of 2.0 MPa and a water flow rate of 0.6 m 3 /hour. The electrolysis was carried out at a current of 15 A and a water supply volume of 0.3-1 m 3 /h. As a result of such treatment, at the outlet of the electrolyzer, the anolyte had a pH value of 4.3, and the catholyte had a pH value of 8.5. By mixing these products in the calculated ratio, water was obtained with pH values from 7.2 to 7.5. To maintain the cleaning and electrolysis parameters constant, the inlet compartment of the ultrafiltration device and its membranes are cleaned once every 2 months.
Пример 4.Example 4
Осуществление заявляемого способа и устройства проводили аналогично примеру 3. Но при этом исходная вода имела следующие характеристики: рН=7, содержание железа составляет 15 мг/дм3, содержания марганца составляло 4 мг/дм3, перманганатная окисляемость составляла 18 мг О2/дм3, содержание механических примесей - 25 мг/дм3, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Количество устройств ультрафильтрации составляло 2, количество эжекторов для введение воды и озоновой смеси в первое устройство ультрафильтрации составляло 6, во второе - 1, при этом условия фильтрации на этих устройствах были следующие: рН фильтруемой среды=9, дифференциальное давление 0,15 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 56×10-5 м3/с (2 м3/час), содержание растворенного озона в смеси 1,0 г/м3 The implementation of the proposed method and device was carried out analogously to example 3. But the source water had the following characteristics: pH=7, iron content is 15 mg/dm 3 , manganese content was 4 mg/dm 3 , permanganate oxidizability was 18 mg O 2 /dm 3 , the content of mechanical impurities is 25 mg/dm 3 , the presence of traces of chlorine and organochlorine compounds. The number of ultrafiltration devices was 2; ozone-air mixture through the ejector 56×10 -5 m 3 /s (2 m 3 /hour), the content of dissolved ozone in the mixture is 1.0 g/m 3
Количество фильтров обратного осмоса также составляло 2 при дифференциальном давлении 2 МПа и расходе воды 0,4 м3/час. Электролиз проводили при силе тока 12 А и объеме подачи воды 0,3-0,6 м3/час. В результате такой обработки на выходе из электролизера анолит имел значение рН=4,6, а католит рН=9. Смешением указанных продуктов в рассчитанном соотношении получали воду со значениями рН от 7,2 до 7,5. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 месяца.The number of reverse osmosis filters was also 2 at a differential pressure of 2 MPa and a water flow rate of 0.4 m 3 /hour. The electrolysis was carried out at a current of 12 A and a water supply volume of 0.3-0.6 m 3 /hour. As a result of such treatment, at the outlet of the electrolyzer, the anolyte had a pH value of 4.6, and the catholyte had a pH value of 9. By mixing these products in the calculated ratio, water was obtained with pH values from 7.2 to 7.5. To maintain the cleaning and electrolysis parameters constant, the inlet compartment of the ultrafiltration device and its membranes are cleaned once every 3 months.
Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле изобретения.The above variants of the examples should not be construed as limiting the scope of the invention. On the contrary, options, modifications and equivalents of the described examples within the amount of rights set forth in the formula of the invention are also possible.
Приведенные выше описание осуществления изобретения и примеры его реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении изобретения. Они также показывают причинно-следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.The above description of the invention and examples of its implementation confirm the achievement of the claimed technical result in the process of carrying out the invention. They also show a causal relationship of essential features between themselves and the achieved technical result.
Из приведенного выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления изобретения.From the above description it also follows that the achievement of a technical result is possible only when the entire set of essential features is implemented, which also confirms the technical solution of the problem of implementing the invention.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/000298 WO2023204726A1 (en) | 2022-04-18 | 2022-10-03 | Method for producing water with predetermined properties and device for implementing same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2789531C1 true RU2789531C1 (en) | 2023-02-06 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09206743A (en) * | 1996-02-01 | 1997-08-12 | Japan Organo Co Ltd | Superpure water producing and supplying device and washing method thereof |
| WO2005049508A1 (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-02 | Usfilter Corporation | Water treatment system and method |
| RU2511363C2 (en) * | 2011-12-15 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Имущественный комплекс" | Water decontamination station and control and separation device to be incorporated therewith |
| RU2668036C2 (en) * | 2017-02-14 | 2018-09-25 | Дмитрий Валерьевич Татеосов | Water purification and disinfection unit |
| KR102037684B1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-10-29 | 웅진코웨이 주식회사 | Water treatment apparatus and sterilizing method thereof |
| RU2758346C1 (en) * | 2021-01-21 | 2021-10-28 | Дмитрий Валерьевич Татеосов | Method for obtaining and selling alkaline water |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09206743A (en) * | 1996-02-01 | 1997-08-12 | Japan Organo Co Ltd | Superpure water producing and supplying device and washing method thereof |
| WO2005049508A1 (en) * | 2003-11-13 | 2005-06-02 | Usfilter Corporation | Water treatment system and method |
| RU2511363C2 (en) * | 2011-12-15 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Имущественный комплекс" | Water decontamination station and control and separation device to be incorporated therewith |
| RU2668036C2 (en) * | 2017-02-14 | 2018-09-25 | Дмитрий Валерьевич Татеосов | Water purification and disinfection unit |
| KR102037684B1 (en) * | 2017-07-18 | 2019-10-29 | 웅진코웨이 주식회사 | Water treatment apparatus and sterilizing method thereof |
| RU2758346C1 (en) * | 2021-01-21 | 2021-10-28 | Дмитрий Валерьевич Татеосов | Method for obtaining and selling alkaline water |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102826686B (en) | Double-membrane treatment method of iron and steel industrial wastewater | |
| US20150076073A1 (en) | Process for single system electrocoagulation, magnetic, cavitation and flocculation (emc/f) treatment of water and wastewater | |
| CN103539316B (en) | Process for simultaneously processing high-concentration waste emulsion, pickling waste liquid, and waste lye | |
| CN101265001B (en) | Reclaiming treatment method for hydraulic loom waste water | |
| CN108046482A (en) | A kind of organic concentration wastewater treatment method of high salinity high rigidity difficult degradation and system | |
| CN103058424B (en) | Deep treatment method of synthetic rubber wastewater | |
| Rashwan et al. | A journey of wastewater to clean hydrogen: A perspective. | |
| CN207845373U (en) | A kind of emulsified waste liquid processing unit | |
| RU2789531C1 (en) | Method for producing water with predetermined properties and apparatus for implementation thereof | |
| WO2023204726A1 (en) | Method for producing water with predetermined properties and device for implementing same | |
| RU2758346C1 (en) | Method for obtaining and selling alkaline water | |
| RU2736050C1 (en) | Installation for treatment of waste water, drainage and over-slime waters of industrial facilities and facilities for arrangement of production and consumption wastes | |
| CN109502878B (en) | Electroplating wastewater treatment system and treatment method thereof | |
| CN216191524U (en) | Sub-osmotic membrane effluent disposal system | |
| CN107162285B (en) | Plain water reverse osmosis of water does not have waste water purifier with leading filter | |
| RU2755988C1 (en) | Waste water purification method | |
| CN2504258Y (en) | Reverse osmosis water maker | |
| RU2795908C1 (en) | Alkaline water receiving and selling machine | |
| KR102119504B1 (en) | Method and apparatus of reusing waste water using reverse osmosis | |
| CN207862069U (en) | A kind of high salinity high rigidity organic concentration waste water treatment system difficult to degrade | |
| RU2795583C1 (en) | Method of purification of water with organic impurities by ultrafiltration method and a device for its implementation | |
| WO2023204725A1 (en) | Dispensing machine for the production and sale of alkaline water | |
| RU160447U1 (en) | UNDERGROUND WATER CLEANING DEVICE | |
| CN214936692U (en) | High COD high salt high oil effluent disposal system | |
| WO2023204727A1 (en) | Method for purifying water containing organic impurities by ultrafiltration |