УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
DEVICE FOR ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF WATER

Заявляемое изобретение относится к области очистки питьевой воды, конкретно к электрохимическим очистителям воды с помощью электролиза, в частности электрокоагуляции и электрофлотации.
Устройства электрохимической очистки воды обладают наиболее широким спектром удаляемых из воды загрязнений. При этом после обработки практически не меняется характерный для региона солевой состав, так как при очистке удаляются, в основном, примеси, внесенные в воду за счет деятельности человеческого общества. При электрохимической обработке воды не происходит накопления в устройстве удаляемых примесей, следовательно, качество обработанной воды остается неизменным в течение всего срока его эксплуатации.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды по патенту RU 2203226, C02F 1/463, публикация 27.04.2003. Устройство содержит флотационную камеру, электролизер с пакетом растворимых электродов, установленный под флотационной камерой, и фильтр, размещенный вдоль стенок флотационной камеры, образуя с ее стенками полость для сбора очищенной воды и ее вывода через отверстие в флотационной камере.
Известно устройство для электрохимической очистки питьевой воды по патенту RU 2236381 «Устройство для электрохимической очистки питьевой воды», C02F 1/463, публикация 20.04.2004. Устройство содержит электродный блок, выполненный в отдельном корпусе и содержащий пакет параллельных катодов из нержавеющей стали и расположенные соосно между катодами аноды электрокоагуляции, выполненные из сплавов алюминия, и аноды электрофлотации, выполненные из малоизнашиваемого материала (платина, графит, углерод, титан, покрытый оксидами рутения или кобальта). Аноды электрокоагуляции соединены с источником питания через коммутирующее устройство, позволяющее менять их полярность. Электродный блок в нижней части снабжен входным патрубком, а в верхней части - переходным патрубком, соединяющим электродный блок с емкостью шламосборника.
Оба этих устройства содержат отдельную камеру, в которой размещены электроды и происходит процесс электрохимической обработки воды. Однако конструкции этих камер не обеспечивают полную электрохимическую обработку воды. Электродная система состоит из отдельных электродов, катодов и анодов, помещенных в корпус. Вода, находящаяся между корпусом и крайними электродами, практически не обрабатывается. Кроме того, устройство не технологично в изготовлении.
Наиболее близким аналогом является «Устройство для электрохимической обработки воды» по патенту RU 2094382, C02F 1/46, публикация 1999.07.20. Устройство содержит источник питания постоянного пульсирующего тока, соединенный посредством тоководов с вертикально расположенными электродами, выполненными в виде коаксиально размещенных цилиндров, установленными в корпусе. Наружный цилиндр выполняет функцию растворимого анода, а внутренний цилиндр выполняет функцию катода, на верхней и нижней частях корпуса размещены отверстия для подвода и отвода обрабатываемой воды. Анод выполнен из алюминий содержащего металла, например алюминия, сплава алюминия с магнием или кремнием и других известных материалов. Катод выполнен из электропроводного, стойкого к коррозии материала, например из стали, графита и других известных материалов.
В данном устройстве анодом является наружный цилиндр, который в процессе электрохимической обработки расходуется, используется для создания гидроксидов алюминия. Поэтому устройство приходится помещать в отдельный корпус. Кроме того, для того чтобы обеспечить оптимальный режим обработки воды, необходимо определенное расстояние между электродами. Если объем обрабатываемой воды достаточно большой, приходится делать внутренний электрод, который выполняется из стали, графита, достаточно большим, а значит достаточно материалоемким.
Предложенное изобретение решает техническую задачу создания устройства для электрохимической очистки воды, совмещающего процессы электролитической и электрохимической коагуляций и электрофлотации. При этом устройство технологично, удобно в эксплуатации и требует малого количества расходуемых материалов.
Устройство электрохимической обработки воды имеет металлический корпус - катод. Внутри корпуса расположена кассета, содержащая основу, на внешней поверхности которой расположен, по меньшей мере, один электрод - анод. Анод выполнен в виде пластины алюминиевого сплава. Кассета размещена внутри корпуса таким образом, чтобы был образован, по меньшей мере, один канал между поверхностью анода и поверхностью корпуса. Внизу корпуса размещено устройство для подвода обрабатываемой воды, а вверху корпуса расположено устройство для отвода обработанной воды.
Каналы, или канал, заполняются обрабатываемой водой, на электроды подается необходимое напряжение. Обрабатываемая вода насыщается гидроксидами металла анода и пузырьками газов, водорода и кислорода, образующимися в процессе электролиза. Ламинарное течение обрабатываемой воды в пространстве между электродами создает условия для перемешивания воды с пузырьками газа и мицеллами и хлопьями гидроксида металла анодов как электродов коагуляции. В пространстве между электродами осуществляется электрокоагуляция и в большой степени происходит обеззараживание воды. В какой то мере в канале происходит также и электрофлотация, начинает происходить процесс образования шлама.
Особенностью данной конструкции является, во первых, выполнение катода в виде корпуса. Так как катод, в данном процессе не является расходуемым, тем самым достигается простота конструкции, электрод одновременно является корпусом устройства. Второй особенностью конструкции является выполнение кассеты, состоящей из основы и крепящейся не ней пластины, или пластин - анодов из алюминиевого сплава. Такое выполнение электрода позволяет экономить материал анода, выполняя его из пластин необходимой толщины. При необходимом для эффективного проведения процесса электрохимической обработки расстоянии между электродами при любом объеме обрабатываемой воды расход материала анода является оптимальным. Так как основа не расходуется, то просто произвести замену анодов.
Заявляемое устройство может использоваться самостоятельно, или в сочетании с другими устройствами, например флотаторами и фильтрами, в составе устройств для очистки воды. В связи с этим возможны несколько вариантов выполнения корпуса. Корпус может иметь прямоугольную форму, тогда упомянутая основа кассеты выполнена в виде прямоугольника и по меньшей мере на двух боковых гранях которой расположены пластины анода.
Корпус может иметь цилиндрическую форму, упомянутая основа кассеты выполнена в виде цилиндра, а пластина анода размещена по ее образующей.
Корпус может быть выполнен в форме цилиндрической трубы с полостью между наружной стенкой и внутренней стенкой трубы. Внутри полости размещена кассета в виде цилиндрической трубы, на наружной поверхности основы кассеты размещена одна пластина анода, а на внутренней поверхности основы другая пластина анода.
В частном случае корпус выполнен из коррозионно-стойкой стали.
Анод для наилучшего движения потоков воды в камере ориентирован параллельно стене корпуса.
Пластины анода могут быть закреплены на основе и выполнены съемными.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 приведен вариант выполнения устройства с прямоугольным корпусом в разрезе, на Фиг.2 - вид сбоку, сечение А-А.
На Фиг.3 показан вариант выполнения устройства с цилиндрическим корпусом, на Фиг.4 - сечение В-В, вид сверху.
На Фиг.5 показан вариант корпуса в форме цилиндрической трубы, Фиг.6 - сечение С-С, вид сверху.
Устройство электрохимической обработки воды содержит (Фиг.1-2) металлический корпус 1 - катод, внутри которого расположена кассета 2, содержащая основу 3, на внешней поверхности которой расположен, по меньшей мере, один электрод 4 - анод. Электрод 4 выполнен в виде пластины алюминиевого сплава. Между поверхностью электрода - анода 4 кассеты 2 и корпусом - катодом 1 образован вертикальный канал 5. Внизу корпуса 1 выполнено устройство 6 для подвода обрабатываемой воды, а вверху корпуса 1 расположено устройство 7 для отвода обработанной воды. Кассета 2 удерживается внутри корпуса посредством непроводящих вставок 9. В варианте, показанном на Фиг.1-2, корпус имеет прямоугольную форму, кассета также выполнена в виде прямоугольника. На чертежах, иллюстрирующих данный вариант выполнения устройства, боковые грани кассеты 2 примыкают к корпусу. Однако в других возможных вариантах выполнения на всех боковых гранях кассеты 2 могут быть расположены электроды, тогда канал 5 будет расположен вокруг всей прямоугольной кассеты 2.
Устройство для отвода обработанной воды 7 может быть выполнено в виде патрубка, как показано на примере, или в виде сливного устройства, или в виде откачивающего устройства. Элементы подвода необходимого электрического питания, необходимый источник тока на чертежах не показаны.
Из объяснения понятно, что корпус может иметь любую вертикально вытянутую форму и эту же форму должна иметь кассета, чтобы образовывать вертикальный канал. Пластины анода кассеты преимущественно должны быть ориентированы параллельно стенке корпуса - катода и канал должен быть примерно одного сечения.
Пластины алюминиевого сплава электрода 4 могут крепиться на основании 3 съемно, одним из известных способов. Для эффективного функционирования устройства эти пластины 4 должны крепиться к основанию 3 без зазоров.
На фиг.3-4 приведен пример выполнения устройства с цилиндрическим корпусом 1. Кассета 2 также имеет цилиндрическую форму. Основание 3 кассеты 2 можно изготавливать различными способами, например заливкой внутренней полости цилиндра электрода 4. Кассета 2 может крепиться в корпусе 1 с помощью вставок 9, растяжек или иными известными способами. Цилиндрический вариант выполнения устройства является наиболее компактным.
На Фиг.5 и 6 показан вариант выполнения устройства с корпусом 1 в форме цилиндрической трубы с полостью 8 между наружной стенкой и внутренней стенкой трубы корпуса 1. Внутри полости 8 размещена кассета 2 в виде цилиндрической трубы, на наружной поверхности основы 3 размещена одна пластина 4 анода, а на внутренней поверхности основы другая пластина 4 анода. Устройство 6 для подвода обрабатываемой воды может быть выполнено в виде отдельных штуцеров, или в виде штуцера по весей кольцевой поверхности. Устройство 7 для отвода обработанной воды может обеспечивать слив обработанной в устройстве воды внутрь стакана, наружу или по его оси.
Устройство по любому из вариантов, представленных на Фиг.1-6, работает принципиально одинаково. Канал 5 или каналы 5 заполняются обрабатываемой водой, на электроды, катод 1 и анод 4 подается напряжение, как правило, равное 24 В, силой тока несколько ампер. Вода подвергается электрохимической обработке. Обрабатываемая вода насыщается гидроксидами металла анода и пузырьками газов, водорода и кислорода, образующимися в процессе электролиза. Ламинарное течение обрабатываемой воды в пространстве между электродами 1 и 4 создает условия для перемешивания воды с пузырьками газа и мицеллами и хлопьями гидроксида металла анодов как электродов коагуляции. В канале 5 между электродами осуществляется электрокоагуляция и в большой степени происходит обеззараживание воды. В какой то мере в канале происходит также и электрофлотация, начинает происходить процесс образования шлама. Далее обработанная вода сливается и при необходимости подвергается дополнительной обработке, процессу коагуляции и фильтрования.