УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к области устройств для очистки, кондиционирования и обеззараживания питьевой воды, а также изменения ее окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и предназначена для использования при подготовке качественной питьевой воды для употребления человеком.
Известна установка, используемая для очистки питьевой воды, содержащая основной и дополнительный диафрагменные электрохимические реакторы, электроды каждого из которых разделены мелкопористой диафрагмой на анодную и катодную камеры с входами и выходами, а также флотационный реактор для разделения газовой и жидкой фазы обработанного электролита с входом в средней части и выходами в верхней и нижней частях, причем на выводе в верхней части установлен регулировочный вентиль, каталитический реактор с входом в верхней и выходом в нижней частях, линию подачи исходной питьевой воды, линию отвода обработанной питьевой воды и линию вывода в дренаж [1].
Основными существенными недостатками известного технического решения являются сложность установки, ее сравнительно большая материалоемкость, так как установка включает значительное количество вспомогательных элементов. Кроме того, в известной установке невозможно достигнуть более высокой биологической ценности обработанной воды, так как при обработке в катодной камере значительная часть энергии затрачивается на нейтрализацию рН после обработки в анодной камере.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению, принятым за прототип, является установка для обработки питьевой воды, содержащая основной и дополнительный диафрагменные электрохимические реакторы, электроды каждого из которых разделены мелкопористой диафрагмой на анодную и катодную камеры с входами и выходами, флотационный реактор для разделения газовой и жидкой фазы обработанного электролита с входом в средней части и выходами в верхней и нижней частях, причем на выходе в верхней части флотационного реактора установлен регулировочный вентиль, каталитический реактор с входом в верхней и выходом в нижней частях, линию подачи исходной питьевой воды, линию отвода обработанной питьевой воды и линию вывода в дренаж. Основной и дополнительный электрохимические реакторы устройства выполнены с входами в анодную и катодную камеры и, соответственно, выходами из анодной и катодной камер, расположенными на противоположных концах реакторов для обеспечения противотока обрабатываемой воды в анодных и катодных камерах, линия подачи исходной питьевой воды соединена с входом анодной камеры основного реактора, выход анодной камеры основного реактора соединен с входом анодной камеры дополнительного реактора, выход анодной камеры дополнительного реактора соединен с входом флотационного реактора, нижний выход флотационного реактора соединен с входом каталитического реактора, выход каталитического реактора соединен с входом катодной камеры дополнительного реактора, линия вывода обработанной питьевой воды соединена с выходом катодной камеры дополнительного реактора, а выход верхней части флотационного реактора соединен с входом катодной камеры основного электрохимического реактора, линия вывода в дренаж соединена с выходом катодной камеры основного реактора, и установка содержит датчик протока, установленный на линии подачи исходной питьевой воды перед входом в анодную камеру. Каждый из электрохимических реакторов выполнен из одной электрохимической ячейки, содержащей цилиндрические, коаксиально установленные электроды, пространство между которыми разделено коаксиальной мелкопористой диафрагмой из керамики на основе модифицированного оксида циркония. [2].
Известное решение также обладает существенными недостатками, а именно сохраняющаяся сложность установки за счет наличия дорогостоящих и сложных в изготовлении флотационного и каталитического реактора, слабый противоток воды в электродных камерах, обеспечиваемый только естественным ходом воды, отсутствие предварительной очистки воды, что сокращает срок службы реакторов и отсутствие возможности вкусовой корректировки воды для повышения ее качества.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в повышении степени очистки воды от микроорганизмов, упрощении установки, повышении биологической ценности получаемой в результате процесса очистки питьевой воды, повышении срока ее службы.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, от использования предлагаемой установки является повышение степени очистки воды, упрощение конструкции и повышение срока ее службы
Новизна предлагаемого технического решения, состоит в том, что в установке для обработки питьевой воды, содержащей два электрохимических реактора, электроды которых разделены мелкопористой мембраной на анодную и катодную камеры с входами и выходами, для увеличения службы электрохимических реакторов на подаче воды стоит предварительный фильтр. Сорбция окисленной органики происходит в угольном каталитическом фильтре и далее происходит восстановление рН воды в катоде электрохимического реактора. В установке для обработки питьевой воды каждый из электрохимических реакторов выполнен из одной электрохимической ячейки, содержащей цилиндрические, коаксиально установленные электроды, пространство между которыми разделено коаксиальной мелкопористой мембраной из керамики на основе модифицированного оксида алюминия, что упрощает и удешевляет установку. Соединение узлов установки в гидравлическую схему цанговыми соединениями также позволяет обеспечить достижение технического результата. Кроме того, использование прямоточных клапанов позволяет усилить противопотоки воды в электродных камерах и повысить эффективность электродонорного массопереноса ионов через мембрану за счет уменьшения разности значений рН в катодной и анодной камерах по всей их длине, а следовательно, уменьшения градиента изменения рН в пористой массе диафрагмы в различных поперечных сечениях электродных камер.
Ни из научно-технической и патентной литературы, ни из практики использования устройств для очистки и обеззараживания питьевой воды нам неизвестно о существовании установки с идентичными существенными признаками, что соответствует критерию «новизна» для полезной модели.
Заявляемое техническое решение может быть использовано при доочистке и повышении биологической ценности воды в быту, больничных и образовательных учреждениях, что соответствует критерию «практическая применимость» для полезных моделей.
Заявляемое техническое решение испытано на работающей модели, установленной на водопроводной воде в г. Астрахани.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 - показана принципиальная схема работы установки
- на фиг. 2 - показан процесс очистки воды.
Установка состоит из крана подачи исходной воды 1, фильтра механической предварительной очистки воды 2, двух электрохимических реакторов 12 с анодными камерами 3 и 5 и катодными камерами 7 и 9, прямоточных клапанов 4 и 8, каталитического угольного фильтра 6, фильтра вкуса 10 и крана подачи обработанной воды потребителю 11. Все гидравлические узлы установки соединены между собой цанговыми соединениями.
Вода, подлежащая обработке, при открытом кране 1по линии проходит фильтр предварительной механической очистки 2, затем последовательно анодные камеры 3 и 5 реакторов 12, где проходит предварительную обработку. В анодных камерах окисляются и коагулируют органические примеси. Затем вода поступает в каталитический угольный фильтр 6, в котором из воды удаляются газообразные продукты анодного синтеза (озон, кислород, хлор) и скоагулированные окисленные органические соединения, частички или молекулы которых сорбируются активированным углем каталитического фильтра 6. Фильтр 6 работает в условиях, препятствующих накоплению микроорганизмов, а также подавляется их способность к размножению на адсорбированных из воды веществах, поскольку в воде после анодной обработки присутствуют мощные антибактериальные гидропероксидные оксиданты. Затем вода из каталитического реактора 6,поступает последовательно в катодные камеры 7 и 9 электрохимических реакторов 12. В катодных камерах происходит восстановление ионов тяжелых металлов и их переход из ионной в атомарную форму. Также из этой воды удаляется остаточное количество органических соединений, которые в результате предшествующей анодной обработки обретают способность к более полной адсорбции на материале каталитического реактора 6. За счет обработки в катодных камерах регулируется рН воды, и она приобретает биологически активные свойства, в том числе отрицательный ОВП. По линии обработанная вода подается потребителю через фильтр вкуса 10 и кран 11.
Пример конкретного осуществления полезной модели - изготовленная авторами по схеме, изображенной на Фиг. 1, установка с электрохимическими реакторами, состоящими из электрохимической ячейки с коаксиально установленными цилиндрическим и стрежневым электродами и коаксиально же установленной между ними керамической ультрафильтрационной мембраной из керамики на основе оксида алюминия и толщиной 0,7 мм. Длина ячейки составляла 200 мм, а объемы электродных камер составляют 10 мл катодной камеры и 7 мл анодной. В качестве анодов в ячейках использовались титановые электроды с покрытием оксида иридия, которые в меньшей степени генерируют активный хлор и в большей - гидропероксидные оксиданты (перекись водорода, озон, синглетный кислород). В этом случае вода приобрела более свежий вкус, и, кроме того, сократились затраты на удаление хлоркислородных оксидантов.
2
3
Сравнение исходной воды, воды обработанной на установке - прототипе и, изготовленной нами установки, показало следующее. Исходная вода содержала 100000±10000 микробных клеток в 1 мл, органические вредные вещества (фенолы, гербициды, ПАВ) - 1,6±0,2 мг/л, соединения тяжелых металлов (CuCl, AgNO) - 0,5 мг/л., Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) исходной воды, измеренный платиновым электродом относительно хлорсеребряного электрода сравнения был равен +290 мВ, величина рН составляла 6,9. После обработки исходной воды в устройстве - прототипе степень очистки от загрязнений составила соответственно 99, 98%, 94% и 95%. Параметры очищенной в установке-прототипе воды были: ОВП=-95 мВ, рН 6,9.
При обработке исходной воды в изготовленной установке степень очистки от микробов составила 99,997%, от органических веществ - 97%, от ионов тяжелых металлов 98%.. Очищенная в установке вода имела ОВП=-150 мВ, рН 7,4.
Таким образом, предлагаемое новое техническое решение позволяет эффективно повысить степень очистки воды от взвешенных примесей и органических соединений, существенно снизить ОВП воды и нормализовать рН. Кроме того, использование изобретения позволяет упростить установку, исключить дополнительные функциональные узлы и повысить потребительские качества получаемой воды.
Настоящее устройство испытано и готовится к массовому внедрению.
Источники информации:
[1]-RU №2149835, C02F 1/461, 1999 г.
[2] - RU №2322394, C02F 1/46, 2006 г. - прототип.